Ćwiczenie 14

Analiza jakościowa wybranych anionów i soli

występujących w preparatach kosmetycznych.

Literatura

Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. T.1. Podstawy teoretyczne i analiza

jakościowa. Wyd. 10. PWN, Warszawa 2009

Kocjan R.: Chemia analityczna. Analiza jakościowa. Analiza klasyczna; tom 1, Wyd.1

PZWL, Warszawa, 2000.

Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, Białystok 2010, pod

redakcją E. Skrzydlewskiej.

Szmal Z., Lipiec T.: Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej. Wyd. VII

poprawione i unowocześnione PZWL, Warszawa, 1997.

Zakres materiału obowiązującego na ćwiczenie:

Znajomość warunków strącania osadów anionów grup I - VII z odczynnikami

grupowymi. Umiejętność zapisywania równań reakcji chemicznych charakterystycznych dla

anionów grup I – VII i reakcji rozpuszczania trudno rozpuszczalnych osadów powstałych w

wyniku w/w reakcji w dobrze rozpuszczalne sole. Umiejętność uzasadnienia przeprowadzenia

identyfikacji nieznanych anionów grup I – VII wraz ze znajomością sposobów identyfikacji

anionów (próby na obecność utleniaczy, reduktorów, lotnych produktów itd.), równań i

efektów reakcji chemicznych.

Znajomość podstawowych zagadnień dotyczących identyfikacji soli na podstawie

właściwości fizykochemicznych oraz umiejętność przeprowadzenia systematycznej analizy

soli z zastosowaniem metody klasycznej analizy jakościowej. Znajomość obliczeń

chemicznych (umiejętność obliczania/przeliczania stężeń procentowych i molowych w

oparciu o wzory).

Zagadnienia z wykładów poprzedzających ćwiczenie.

Analiza jakościowa anionów różni się zasadniczo od postępowania przyjętego przy

wykrywaniu kationów. Wiele anionów wykrywa się bezpośrednio w próbkach badanego

roztworu, gdyż wiele z nich nie przeszkadza sobie wzajemnie w reakcjach. Istniejąca

systematyka anionów pozwala tylko na ogólne zorientowanie się, do której z umownych grup

należy anion. Klasyfikacja anionów zaproponowana przez Bunsena opiera się na różnej

rozpuszczalności ich soli z kationami srebra i baru. Na tej podstawie aniony dzielą się na

siedem grup (Tabela 1).

Tabela 1. Podział anionów na grupy analityczne wg BUNSENA

Grupa Aniony

Odczynnik grupowy

AgNO3

Odczynnik grupowy

Ba(NO3)2 lub

BaCl2

I

Cl Br I CN SCN

, , , ,

[ ( ) ]Fe CN 64

[ ( ) ] ,Fe CN 63

ClO

biały lub żółty osad

nierozpuszczalny

w rozcieńczonym

HNO3

nie strąca osadu

II

S NO CH COO2

2 3

, , ,

HCOO

biały lub

czarny osad

rozpuszczalny w

rozcieńczonym

HNO3

(Ag2S na gorąco)

nie strąca osadu

III

CO BO SO32

2 32

, , ,

( ) ,COO C H O22

4 4 62

C H O6 5 73

biały osad

rozpuszczalny w

rozcieńczonym HNO3

biały osad

rozpuszczalny w

rozcieńczonym HNO3

IV

S O CrO Cr O2 32

42

2 72

, , ,

PO AsO AsO43

33

43

, ,

barwny osad

rozpuszczalny

w rozcieńczonym HNO3

biały lub żółty osad

rozpuszczalny w

rozcieńczonym HNO3

V

NO ClO ClO MnO3 3 4 4

, , ,

nie strąca osadu

nie strąca osadu

VI

SO F SiF42

62

, ,[ ]

nie strąca osadu

biały osad

nierozpuszczalny w

rozcieńczonym HNO3

VII

SiO32

żółty osad

rozpuszczalny w HNO3

biały osad rozpuszczalny w HNO3

NAZWY ANIONÓW

I GRUPA ANIONÓW IV GRUPA ANIONÓW

Cl– jon chlorkowy S O2 3

2 jon tiosiarczanowy

Br– jon bromkowy CrO4

2 jon chromianowy (VI)

I– jon jodkowy Cr O2 7

2 jon dichromianowy (VI)

CN– jon cyjankowy PO4

3 jon fosforanowy (V)

SCN– jon tiocyjanowy AsO3

3 jon arsenianowy (III)

[ ( ) ]Fe CN 64

jon

heksacyjanożelazianowy (II) AsO43 jon arsenianowy (V)

[ ( ) ]Fe CN 63

jon

heksacyjanożelazianowy (III)

ClO jon chloranowy (I)

II GRUPA ANIONÓW V GRUPA ANIONÓW

S2– jon siarczkowy NO3

jon azotanowy (V)

NO2 jon azotanowy (III) ClO3

jon chloranowy (V)

HCOO jon mrówczanowy MnO4

jon manganianowy (VII)

CH COO3 jon octanowy ClO4

jon chloranowy (VII)

III GRUPA ANIONÓW VI GRUPA ANIONÓW

CO32 jon węglanowy SO4

2 jon siarczanowy (VI)

BO33 jon boranowy F

– jon fluorkowy

2

3SO jon siarczanowy (IV) [ ]SiF62

jon

heksafluorokrzemianowy (IV)

( )COO 22 jon szczawianowy

C H O4 4 62 jon winianowy

C H O6 5 73 jon cytrynianowy

IDENTYFIKACJA ANIONÓW

Cześć praktyczna:

Należy przeprowadzić reakcje charakterystyczne dla poszczególnych anionów

zawartych w Tabeli 2. W tym celu każdą reakcję należy przeprowadzić w oddzielnej

probówce, poprzez wlanie kilku kropli badanego anionu i dodanie w przybliżeniu

równoważnej objętości odpowiedniego odczynnika. Należy zwrócić uwagę na barwę

wytrącającego się osadu lub inne objawy zachodzenia reakcji np. zapach, wydzielające się

pęcherzyki gazu.

Reakcje charakterystyczne jonu chlorkowego Cl [0,5M NaCl]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AgNO3 0,1M

Na2S2O3 0,5M

Ag+ + Cl

– AgCl

AgCl + 2S O2 32 [Ag(S2O3)2]

3– + Cl

–

biały, serowaty osad, który pod wpływem światła widzialnego ulega

rozkładowi do metalicznego srebra dając szarofioletowe zabarwienie;

osad AgCl, nie rozpuszcza się w tiosiarczanie;

KMnO4 0,1M

+

H2SO4 2M

papierek jodoskrobiowy

10Cl– + 2 4MnO + 16H

+

5Cl2 +2Mn

2+ + 8H2O

Cl2 + 2KI 2KCl + I2

odbarwienie roztworu KMnO4 w środowisku kwaśnym, na gorąco;

natomiast w środowisku słabo zasadowym lub słabo kwaśnym KMnO4

ulega redukcji do MnO2;

wydzielający się chlor można zidentyfikować po charakterystycznym

duszącym zapachu lub fioletowym zabarwieniu papierka

jodoskrobiowego;

H2SO4 stęż.

2Cl– + 2H

+

2HCl*

HCl + NH3 NH4Cl

po podgrzaniu uwalnia się gazowy HCl, który po dodaniu kropli

amoniaku tworzy białe dymy chlorku amonu;

Pb(CH3COO)2 0,25M

HCl 2M Pb

2+ + 2Cl

– PbCl2

PbCl2 + 2H+ + 2Cl

– H2PbCl4

biały osad rozpuszczalny w gorącej wodzie i kwasie solnym;

*wykonanie: na szkiełku zegarkowym umieszczamy dwie krople badanej substancji i dodajemy 5 kropel stęż. H2SO4; jednocześnie nad szkiełkiem trzymamy bagietkę

zwilżoną stęż. NH3; powstanie białych dymów świadczy o obecności jonów Cl–

Zastosowanie jonu chlorkowego w kosmetologii

Jon chlorkowy zawarty jest w chlorkach (solach kwasu chlorowodorowego).

W kosmetologii mają zastosowanie:

Chlorek tlenek bizmutu (III) nadaje perłowy połysk sztyftom oraz szminkom do ust, oraz wchodzi w skład preparatów przeciw piegom.

Chlorek cynku jako środek ściągający, antyseptyczny i deodorujący.

Chlorek glinu w dezodorantach i antyhydrotykach.

Reakcje charakterystyczne jonu jodkowego I

[0,2M KI]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AgNO3 0,1M

Na2S2O3 0,5M

Ag+ + I

– AgI

AgI + 2 2 32S O [Ag(S2O3)2]

3– + I

–

żółty, serowaty osad jodku srebra (I), zieleniejący pod wpływem

światła; osad AgI rozpuszcza się w nadmiarze tiosiarczanu; nie

rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym (V) i amoniaku;

Pb(CH3COO)2 0,25M Pb2+

+ 2I– PbI2 żółty osad jodku ołowiu (II), rozpuszcza się w gorącej wodzie lub po

dodaniu kilku kropel rozcieńczonego kwasu octowego i ogrzaniu; po

ostudzeniu wytrąca się ponownie osad w postaci błyszczących

złocistych kryształków;

KMnO4 0,1M

+

H2SO4 2M

+chloroform

2 4MnO + 10I

– + 16H

+ 2Mn

2+ + 5I2 + 8H2O reakcja zachodzi na zimno w środowisku kwaśnym; wydzielony jod

zabarwia warstwę chloroformową na kolor różowofioletowy;

H2SO4 stęż.

2I

– + SO4

2 + 4H+ I2 + SO2 + 2H2O wydzielony jod zabarwia roztwór na kolor żółtobrunatny; przy

ogrzaniu wydziela się w postaci fioletowych par; duże stężenie

jodków może prowadzić do wydzielenia szarego, stałego jodu;

Zastosowanie jonu jodkowego w kosmetologii

Jod:

jako mikroelement wzmacnia skórę i paznokcie,

wspomaga lipolizę - niezbędny w zapobieganiu cellulitu,

w zabiegach jonoforezy stosowany jest do redukowania blizn,

w połączeniu z alkoholami tworzy roztwory - jodofory i są one wykorzystywane do dezynfekcji narzędzi w gabinetach kosmetycznych.

Reakcje charakterystyczne jonu siarczkowego (II) S2

[0,1M Na2S]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AgNO3 0,1M

HNO3 2M 2Ag

+ + S

2– Ag2S

3Ag2S + 2NO 3 + 8H

+ 6Ag

+ + 3S

0 + 2NO + 4H2O

czarny osad siarczku srebra (I);

rozpuszczalny na gorąco w rozcieńczonym HNO3 z

wytrąceniem koloidalnej siarki;

H2SO4 2M

Pb(CH3COO)2 0,25M S

2– + 2H

+ H2S

Pb2+

+ H2S PbS + 2H+

kwasy rozkładają siarczki z wydzieleniem

siarkowodoru, który można poznać po

charakterystycznym zapachu lub po zaciemnieniu

bibuły nasączonej octanem ołowiu (II)

KMnO4 0,1M

+

H2SO4 1M

2MnO 4

+ 5S2–

+ 16H+ 5 S

0 + 2 Mn

2+ + 8 H2O roztwór manganianu (VII) odbarwia się na zimno z

wydzieleniem wolnej siarki;

H2SO4 1M S2–

+ 2H+ H2S

kwasy rozkładają siarczki z wydzieleniem

siarkowodoru, który można poznać po

charakterystycznym zapachu;

Pb(CH3COO)2 0,25M Pb2+

+ S2– PbS czarny osad siarczku ołowiu (II);

Zastosowanie jonu siarczkowego w kosmetologii

Siarczki sodu i potasu są odpowiedzialne za przeciwdrobnoustrojowe działanie preparatów kosmetycznych zawierających aktywną siarkę. Siarczki stosowane są

jako:

depilatory chemiczne,

w preparatach do pielęgnacji włosów,

w kremach do cery trądzikowej i łojotokowej,

w mydłach,

szamponach i płynach do kąpieli.

Reakcje charakterystyczne jonu boranowego (III) BO2 [0,25M Na2B4O7]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AgNO3 0,1M

HNO3 2M

B O4 72+ 3H2O 2 2BO + 2H3BO3

Ag+ +

2BO AgBO2

B O4 72 + 2Ag

+ + 3H2O 2AgBO2 + 2H3BO3

2AgBO2 + 3H2O Ag2O + 2H3BO3

biały osad metaboranu srebra (I), który hydrolizuje po

ogrzaniu z powstaniem brunatnego osadu Ag2O;

osad AgBO2 rozpuszcza się w kwasie azotowym (V) i

amoniaku;

BaCl2 1M B O4 72 + 3H2O 2 2BO + 2H3BO3

Ba2+

+ 2 2BO Ba(BO2)2

biały osad metaboranu baru, rozpuszczalny w rozcieńczonych

kwasach nieorganicznych, kwasie octowym i w chlorku

amonu;

w środowisku zasadowym osad ponownie się wytrąca;

Zastosowanie jonu boranowego w kosmetologii

Jon boranowy :

posiada właściwości konserwujące,

służy do zmiękczania wody przy produkcji szamponów,

odkaża, udelikatnia skórę,

służy do złuszczania skóry i usuwania piegów,

jest składnikiem soli kąpielowych, mydeł i pudrów do cery tłustej,

jest składnikiem preparatów do pielęgnacji stóp, emulsji i środkach do trwałej ondulacji.

Reakcje charakterystyczne jonu węglanowego (IV) CO32

[0,25M Na2CO3]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AgNO3 0,1M

HNO3 2M

HNO3 2M

2Ag+ + CO3

2 Ag2CO3

Ag2O + CO2

Ag2O + 2H+ 2Ag

+ + H2O

Ag2CO3 + 2H+ 2Ag

+ + CO2 + H2O

biały osad węglanu srebra (I) rozkładający się przy ogrzaniu

do brunatnego tlenku srebra (I);

jeżeli roztwór jonów CO32–

jest stężony to od razu wytrąca się

żółty osad Ag2O, który następnie brunatnieje;

zarówno Ag2CO3 jak i Ag2O są łatwo rozpuszczalne w

rozcieńczonym HNO3, amoniaku i w kwasie octowym;

BaCl2 1M

HCl 2M

Ba2+

+ CO32 BaCO3

BaCO3 + 2H+ Ba

2+ + CO2+ H2O

biały osad węglanu baru, rozpuszczalny w rozcieńczonych

kwasach mineralnych (za wyjątkiem kwasu siarkowego);

H2SO4 2M

CO32

+ 2H+ H2CO3 H2O + CO2

kwasy mocniejsze od kwasu węglowego rozkładają węglany z

wydzieleniem CO2 (widoczne pęcherzyki gazu);

Zastosowanie jonu węglanowego w kosmetologii

Węglany w kosmetyce mają zastosowanie jako:

antyseptyki i środki ściągające,

środek czyszczący i polerujący w pastach do zębów,

materiał kryjący w preparatach maskujących,

emulgator do wyrobu kremów i mleczek,

składnik do produkcji szarych mydeł potasowych, białych mydeł sodowych,

składnik soli do kąpieli.

Reakcje charakterystyczne dla jonu fosforanowego (V) PO43

[0,15M Na2HPO4]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AgNO3 0,1M

HNO3 2M

3Ag+ + HPO4

2 Ag3PO4 + H+

Ag3PO4 + 2H+ H PO2 4

+ 3Ag+

żółty osad fosforanu (V) srebra (I) rozpuszczalny w

rozcieńczonym kwasie azotowym (V), octowym i amoniaku;

BaCl2 1M

NH3.H2O 2M

HPO42 + Ba

2+ BaHPO4

HPO42 + NH3 · H2O PO4

3 + NH4 + H2O

2 43PO

+ 3Ba2+

Ba3(PO4)2

biały bezpostaciowy osad fosforanu (V) baru;

wobec NH3.H2O biały bezpostaciowy osad fosforanu (V) baru;

Pb(CH3COO)2 0,25M 2 43PO

+ 3Pb2+–

Pb3(PO4)2

powstaje biały osad fosforanu (V) ołowiu (II);

Zastosowanie jonu fosforanowego w kosmetologii

Fosforany w kosmetyce mają zastosowanie jako:

składniki czyszczące w pastach do zębów,

składniki płukanek do włosów, soli do kąpieli.

Reakcje charakterystyczne jonu siarczanowego (VI) SO42

[0,25M Na2SO4]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AgNO3 0,1M 2Ag+

+ SO42 Ag2SO4 nie wytrąca się z rozcieńczonych roztworów siarczanów (VI);

z roztworów bardziej stężonych wydziela się biały,

krystaliczny osad siarczanu (VI) srebra (I) – Ag2SO4;

BaCl2 1M Ba2+

+ 24SO BaSO4 biały krystaliczny osad siarczanu (VI) baru nierozpuszczalny

w rozcieńczonym kwasie azotowym i solnym;

Pb(CH3COO)2 0,25M Pb2+

+ 24SO PbSO4 biały osad nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach,

natomiast rozpuszczalny w winianie i octanie amonu oraz w

mocnych zasadach;

Zastosowanie jonu siarczanowego w kosmetologii

Siarczany w kosmetologii mają zastosowanie jako:

podstawa pudrów i substancja zmętniająca,

składnik wód do twarzy, preparatów po goleniu, deodorantów,

składnik preparatów po opalaniu,

składnik soli do kąpieli,

składniki preparatów przeciwpotowych do ciała i stóp.

Tabela 2. Reakcje anionów

Odczynnik

grupa I grupa II Grupa III grupa IV grupa V grupa VI

Cl-

I-

S2- BO2

- CO3

2- PO4

3- SO4

2-

AgNO3

0,1M

AgCl

biały osad

nierozp. w HNO3

AgI

żółty osad

nierozp. w HNO3

Ag2S

czarny osad

rozp. w HNO3

AgBO2

biały osad

rozp. w HNO3

Ag2CO3

biały osad

rozp. w HNO3

Ag3PO4

żółty osad

rozp. w HNO3

brak osadu

BaCl2

1M

brak osadu brak osadu brak osadu Ba(BO2)2

biały osad

rozp. w HCl

BaCO3

biały osad

rozp. w HCl

BaHPO4

biały osad

rozp. w HNO3

BaSO4

biały osad

H2SO4 stęż.

gazowy HCl

po podgrzaniu

I2

źółtobrunatny

roztwór

brak gazowego

produktu

brak gazowego

produktu

brak gazowego

produktu

brak gazowego

produktu

brak gazowego

produktu

H2SO4 2M

brak gazowego

produktu

brak gazowego

produktu gazowy H2S brak gazowego

produktu gazowy CO2↑ brak gazowego

produktu

brak gazowego

produktu

Pb(CH3COO)2

0,25M

PbCl2

biały osad

rozp. w gorącej

wodzie

PbI2

żółty osad

PbS

czarny osad

rozp. w HNO3 na

gorąco

Pb(BO2)2↓

biały osad

rozp. w HNO3

PbCO3↓

biały osad

Pb3(PO4)2

biały osad

rozp. w HNO3 i

NaOH

PbSO4↓

biały osad

ANALIZA I IDENTYFIKACJA SOLI

Identyfikację soli wykonuje się na podstawie:

1. obserwacji wstępnych preparatu,

2. badania rozpuszczalności w wodzie, w temperaturze pokojowej i podwyższonej,

3. badania rozpuszczalności (roztwarzania) w roztworach kwasów i zasad,

4. określenia odczynu roztworu wodnego (zawiesiny) badanej substancji,

5. reakcji charakterystycznych dla poszczególnych jonów.

1. Obserwacje wstępne

Przed przystąpieniem do analizy soli należy zbadać właściwości fizyczne badanej substancji:

stan skupienia (ciało stałe, roztwór, zawiesina),

barwa,

zapach,

barwienie płomienia palnika.

Jeśli substancja jest barwna, do wstępnej orientacji, co do rodzaju substancji można posłużyć

się tabelą 3.

Zabarwienie próbki

Tabela 3. Zabarwienie nieorganicznych związków chemicznych kationów grup analitycznych

I–V

Czarna Ag2S, HgS, PbS, Cu2S, CuS, FeS, Fe2S3, CoS, NiS, Hg2S

Brunatna Bi2S3, SnS, CuCrO4, CuBr

Niebieska uwodnione sole miedzi i bezwodne sole kobaltu

Zielona uwodnione sole Fe(II), Cu2(OH)2CO3, CuCl2, Cu(AsO2)2, sole niklu i chromu,

Cr2O3

Żółta większość chromianów, CdS, SnS2, As2S3, As2S5, niektóre sole Fe(III), AgI,

AgBr, PbI2, Ag3PO4, Ag3AsO3 , FePO4, cyjanożelaziany(II), cyjanożelaziany(III)

Czerwona HgS, Sb2S3, As2S3, Hgl2, bezwodny FeCl3, CoCl3, uwodniony CoCl2,

Ag2Cr2O7[Fe(CN)6]

Różowa sole manganu, uwodnione sole kobaltu

Fioletowa niektóre sole chromu Cr (III), KMnO4

Pomarańczowa Sb2S5, CdS, dichromiany

Zabarwienie płomienia palnika

zabarwienie żółte Na+

zabarwienie ceglastoczerwone Ca2+

zabarwienie zielone Ba2+

, Cu2+

zabarwienie jasnoniebieskie Sn2+

, Sn4+

zabarwienie fioletowe K+

2. Badanie rozpuszczalności substancji w wodzie w temperaturze pokojowej i

podwyższonej

Wykonanie

Szczyptę substancji umieścić w probówce. Dodać około 3 ml wody i silnie wytrząsać

przez kilkadziesiąt sekund. Należy zwrócić uwagę, czy substancja rozpuściła się całkowicie,

częściowo czy też nie uległa rozpuszczeniu. Jeśli badana substancja rozpuszcza się w wodzie

częściowo lub jeśli nie zaobserwowano jej rozpuszczenia, probówkę należy podgrzać w

płomieniu palnika i ponownie ocenić jej rozpuszczalność (tabela 4).

Tabela 4. Rozpuszczalność soli i wodorotlenków w wodzie

3. Badanie rozpuszczalności (roztwarzania) w roztworach kwasów i zasad

Obserwacje wynikające z rozpuszczania (roztwarzania) badanej substancji w

roztworach rozcieńczonego i stężonego kwasu siarkowego (VI) oraz w roztworze

wodorotlenku sodu prowadzą do wniosków przydatnych w procesie identyfikacji związków

(tabela 5).

Tabela 5. Obserwacje i wnioski wynikające z reakcji badanej substancji z roztworem 2M

H2SO4, stężonym H2SO4 (18 M H2SO4) i 2M roztworem NaOH.

Wykonanie

W trzech probówkach umieścić po szczypcie badanej substancji, a następnie dodać

kolejno: 2 mol/l H2SO4, 18 M H2SO4 i 2mol/l roztwór NaOH. Ocenić, czy substancja ulega

rozpuszczeniu oraz czy podczas dodawania roztworu kwasu wydziela się gaz.

4. Określanie odczynu roztworu wodnego (zawiesiny) badanej substancji

Wykonanie

W trzech probówkach umieścić po szczypcie badanej substancji, a następnie do każdej

z nich dodać około 3 ml wody i silnie wymieszać. Następnie do otrzymanych roztworów lub

zawiesin należy wprowadzić kolejno: 2 krople oranżu metylowego, 2 krople fenoloftaleiny a

w trzeciej probówce zbadać odczyn z użyciem uniwersalnego papierka wskaźnikowego.

5. Reakcje charakterystyczne dla poszczególnych jonów.

Po analizie wstępnej należy dokonać identyfikacji jonów wchodzących w skład soli na

podstawie analizy systematycznej kationów na podstawie tabeli 2a i 2b (instrukcja do

ćwiczenia 1) oraz anionów na podstawie tabeli 2.