KVALI (2011-2012)

1

MINİSÉGI KÉMIAI ANALÍZIS

A minıségi analízis célja és feladata ismeretlen anyagok ─ vegyületek, keverékek,

ötvözetek, stb. ─ összetételének meghatározása, annak megállapítása, hogy a különféle

anyagok milyen atomokból, atomcsoportokból, ionokból, molekulákból, egyszóval milyen

alkatrészekbıl vannak felépítve. Némely esetben, különösen homogén anyagoknál, már a

minta fizikai sajátságaiból (sőrőség, olvadáspont, forráspont, szín, szag) is következtethetünk

annak összetételére. Megbízható következtetést az anyag minıségi összetételére azonban csak

kémiai viselkedése alapján vonhatunk le. Ezért a vizsgálandó anyagokon tudatosan hozunk

létre olyan kémiai változásokat, amelyek jól megfigyelhetık, és egyértelmően jellemzık az

illetı anyagra. Másszóval, a vizsgálandó anyagot ismert összetételő vegyületekkel ─

kémszerekkel, reagensekkel ─ hozzuk össze, és megfigyeljük az ezek hatására bekövetkezı

kémiai változásokat.

A reakciókat javarészt vizes oldatokban végezzük, mert szilárd állapotban nehezen

mennek végbe reakciók. A szervetlen vegyületek többsége elektrolit, tehát vizes oldatban

többé-kevésbe disszociált állapotban vannak jelen. Ezért a szervetlen analízis célja a vizes

oldatban lévı ionok kimutatása. Az oldatban történı reakcióval járó feltőnı kémiai változás

leggyakrabban abból áll, hogy a vizsgált anyag egyik alkotórésze a reagens valamelyik

alkotórészével oldhatatlan vegyületté alakul, és mint csapadék kiválik. A csapadék színébıl és

más kémszerekkel szemben tanúsított viselkedésébıl következtethetünk a keresett alkotórész

minıségére. Más esetben a reakció gázfejlıdéssel jár. Ilyenkor a gáz fizikai és kémiai

tulajdonságait figyeljük meg. Néha a reagens színváltozást hoz létre az oldatban, ami

bizonyos alkotórészek jelenlétére utalhat.

A szilárd állapotban végrehajtott reakcióknál megfigyeljük a vizsgálandó anyag

viselkedését a gázláng oxidáló vagy redukáló részében. Egyes anyagok a színtelen gázlángot

jellemzı színőre festik.

A keresett alkotórész felkutatása akkor sikerül gyorsan és kellı biztonsággal, ha az

alkalmazott reakció gyors, jellemzı, és érzékeny. Jellemzınek nevezzük a kémiai reakciót

akkor, ha a megfigyelhetı változást csak egy bizonyos alkotórész okozza. Érzékeny a reakció,

ha a vizsgálandó anyag nagyon kis mennyiségének, vagy igen híg oldatának alkalmazásakor is

jól megfigyelhetı változás áll elı.

A reakciókat kémcsıben, a vizsgálandó oldat 1-2 cm3-ével végezzük. A reagenst

cseppenként, rázogatás, esetleg melegítés közben adjuk a vizsgálandó mintához és

megfigyeljük a végbemenı változásokat.

KVALI (2011-2012)

2

Csapadékképzıdés

A csapadék (kémiai értelemben) vízben oldhatatlan (rossz oldékonyságú) szilárd

halmazállapotú anyag, amely oldatokban lejátszódó kémiai reakció eredményeképpen jön

létre. Annak megjóslásához, hogy két ionos vegyület oldatának összekeverésekor képzıdik-e

csapadék, tudni kell, hogy a reakció bármely potenciális terméke oldódik-e vízben, vagy sem.

Ezért a vegyületeknek egyik fontos fizikai jellemzıje vízoldhatóságuk. Az alábbi vázlatos

összeállítás ad tájékoztatást a különbözı ion-kombinációk várható oldhatósági viszonyairól:

Vízben oldódnak

Anion Állítás Kivételek

NO3- minden nitrát oldható

Cl- a legtöbb klorid oldható AgCl, Hg2Cl2, PbCl2

Br- a legtöbb bromid oldható AgBr, Hg2Br2, HgBr2 és PbBr2

I- a legtöbb jodid oldható AgI, Hg2I2, HgI2 és PbI2

SO42- a legtöbb szulfát oldható CaSO4, SrSO4, BaSO4, PbSO4, Hg2SO4, Ag2SO4

ClO3- minden klorát oldható

C2H3O2- minden acetát oldható

Vízben nem oldódnak

Anion

Állítás Kivételek

S2- a legtöbb szulfid oldhatatlan alkáli-, alkáliföldfém- és ammónium-szulfidok

OH- a legtöbb hidroxid oldhatatlan alkáli-hidroxidok

CO32- a legtöbb karbonát oldhatatlan alkálifém- és ammónium-karbonátok

SO32 - a legtöbb szulfit oldhatatlan alkálifém- és ammónium-szulfitok

PO43- a legtöbb foszfát oldhatatlan alkálifém- és ammónium-foszfátok

KVALI (2011-2012)

3

Kationok kimutatása

A minıségi analízis során az ismeretlen anyagot elıbb kationokra vizsgáljuk, mert

ezek ismeretében egyes anionok jelenléte kizárható. Mivel a kationok száma igen nagy, csak

szisztematikus vizsgálattal lehet ıket azonosítani. Az ismeretlen anyagot elıször a kationok

egész csoportjára jellemzı kémszerrel, az ún. osztályreagenssel kell megvizsgálni. Az

osztályreakciók segítségével megállapítható, hogy az illetı kation melyik osztályba tartozik,

ezáltal a vizsgálat köre kisebb számú kationra szőkíthetı. Az egyes osztályokon belül a

kationok egymás melletti felismerése, vagy megkülönböztetése különleges reagensekkel

történik.

A leggyakrabban elıforduló kationokat szulfidjaik és karbonátjaik eltérı oldhatósága

alapján öt osztályba sorolják. Az osztályreagensek: sósav, kénhidrogén, ammónium-szulfid és

ammónium-karbonát.

Az I. osztály kationjainak megsavanyított oldatából a H2S-nel leválasztott

fémszulfidok vízben, híg savakban és (NH4)2S-ban nem oldódnak. Az I. osztály kationjai

sósavval szemben tanúsított viselkedésük alapján két alosztályba sorolhatók:

Az I.a. osztályba tartozó kationok sósavval csapadékot adnak. Ide tartoznak: Ag+, Pb2+,

Hg22+.

Az I.b. osztályba tartozó kationok HCl-val nem adnak csapadékot. E kationok kloridjai tehát

vízben és savakban oldódnak. Ide tartoznak: Hg2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+.

A II. osztály kationjainak megsavanyított oldatából a H2S szintén szulfid csapadékot

választ le, amely azonban (amfoter jellege miatt) (NH4)2S-ban oldódik. Ennek az osztálynak a

szulfidjai tehát vízben és savban oldhatatlanok. Ide tartoznak: As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+,

Sn4+.

A III. osztály kationjainak híg, erıs savval megsavanyított oldatában a H2S

csapadékot nem választ le. Semleges vagy enyhén lúgos oldatban azonban (NH4)2S hatására

csapadék keletkezik. Ezek a szulfidok erıs savakban oldódnak. Ide tartoznak: Co2+, Ni2+,

Fe2+, Fe3+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Mn2+.

A IV. osztály kationjainak megsavanyított oldatában a H2S, semleges vagy gyengén

lúgos oldatában pedig az (NH4)2S csapadékot nem ad, de semleges, vagy gyengén lúgos

oldatukban (NH4)2CO3-tal csapadék keletkezik. Ide tartoznak: Ca2+, Sr2+, Ba2+.

Az V. osztály kationjainak szulfidjai, valamint NH4Cl jelenlétében karbonátjai is

vízben oldódnak. E kationok oldatában sem H2S, sem (NH4)2S, sem (NH4)2CO3 nem ad

csapadékot, így ezek a kationok csak különleges, egyedi kémszerekkel jellemezhetık. Ide

tartoznak: Mg2+, Na+, K+, NH4+, Li+, H+.

KVALI (2011-2012)

4

A gyakrabban elıforduló kationok analitikai osztályai

I. osztály II.osztály III. osztály IV. osztály V. osztály

H2S-csoport

(NH4)2S

csoport

Alkáliföldfémek

csoportja

Mg és alkálifémek

csoportja a. HCl-csoport As-csoport

Ag+ As3+ Co2+ Ca2+ Mg2+ Pb2+ As5+ Ni2+ Sr2+ Na+

Hg22+ Sb3+ Fe2+ Ba2+ K+

b. Cu-csoport Sb5+ Fe3+ NH4+

Hg2+ Sn2+ Cr3+ Li+ Cu2+ Sn4+ Al3+ H+ Bi2+ Zn2+ Cd2+ Mn2+

Az egyes csoportok, majd az egyes ionok rendszerezett vizsgálata két gyakorlat

idıtartama alatt nem valósítható meg, valamint a fenti vizsgálatokban használt reagensek

(kénhidrogén, ammónium szulfid) kellemetlen szagúak. Ezért egyrészt csökkentettük a

vizsgálandó kationok számát, másrészt a periódusos rendszerben elfoglalt helyük alapján

csoportosítottuk ıket, és egyszerősítettük az ismeretlen kation meghatározásának menetét.

1. Alkáli fémek reakciói (s-mezı) 1.1. Alkáli fémek lángfestésének tanulmányozása A lángfestéshez az alkálifémek kloridjainak (LiCl, NaCl, KCl) 1 M oldatát

használjuk. Az oldatba elızetesen kiizzított fém spirált mártunk, majd a Bunsen égı lángjába tartjuk.

Lángfestés: Li Na K+ Az alkálifém-ionok a gyakorlaton használt reagensekkel nem reagálnak. 2. Alkáli földfémek reakciói (s-mezı) 2.1. A Ca

2+ ion reakciói

2.1.1. CaCl2 + H2SO4 = CaSO4↓ + 2 HCl 2.1.2. CaCl2 + 2 NaOH = Ca(OH)2↓ + 2 NaCl 2.1.3. Lángfestés:

KVALI (2011-2012)

5

2.2. A Ba

2+ ion reakciói

2.2.1. BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2 HCl 2.2.2. BaCl2 + 2 NaOH = Ba(OH)2↓+ 2 NaCl 2.2.3. Lángfestés: 2.3. A Sr

2+ ion reakciói

2.3.1. SrCl2 + H2SO4 = SrSO4↓ + 2 HCl 2.3.2. SrCl2 + 2 NaOH = Sr(OH)2↓+ 2 NaCl 2.3.3. Lángfestés: 3. Átmeneti fémek reakciói (d-mezı) 3.1. A Hg2

2+ és Hg

2+ ionok reakciói (mérgezı!)

3.1.1. Hg2(NO3)2 + H2SO4 = Hg2SO4↓ + 2 HNO3 3.1.2. Hg2(NO3)2 + 2 NaOH = Hg↓ + HgO↓ + H2O + 2 NaNO3 3.1.3. Hg2(NO3)2 + 2 KI = Hg2I2↓ + 2 KNO3 3.1.4. Hg2I2 + 2 KI = Hg↓ + K2[HgI4] 3.1.4. Hg2(NO3)2 + 2 HCl = Hg2Cl2↓ + 2 HNO3 3.1.5. HgCl2 + 2 NaOH = HgO↓ + 2 NaCl + H2O 3.1.6. HgCl2 + 2 KI = HgI2↓ + 2 KCl HgI2 + 2 KI = K2[HgI4] 3.2. Az Ag

+ ion reakciói

3.2.1. AgNO3 + KCl = AgCl↓ + KNO3 3.2.2. AgNO3 + KBr = AgBr↓ + KNO3 3.2.3. AgNO3 + KI = AgI↓ + KNO3 3.2.4. 2 AgNO3 + 2 NaOH = 2 NaNO3 + 2 AgOH → Ag2O↓ + H2O 3.2.5. K2CrO4 + 2 AgNO3 = Ag2CrO4↓ + 2 KNO3 3.3. A Fe

2+ és Fe

3+ ionok reakciói

3.3.1. FeSO4 + 2 NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4 3.3.2. 3 FeSO4 + 2 K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 3 K2SO4 3.3.3. 10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O 3.3.4. FeCl3 + 3 NaOH = Fe(OH)3↓ + 3 NaCl 3.3.5. 4 FeCl3 + 3 K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12 KCl 3.3.6. FeCl3 + 3 KSCN = Fe(SCN)3 + 3 KCl 3.4. A Cd

2+ ion reakciói

KVALI (2011-2012)

6

3.4.1 CdSO4 + 2 NaOH = Cd(OH)2↓ + 2 NaCl 3.4.2 CdSO4 + Na2S = CdS↓ + Na2SO4 4. A p-mezı néhány kationjának reakciói 4.1. Az Al

3+ ion reakciói

4.1.1. AlCl3 + 3 NaOH = Al(OH)3↓ + 3 NaCl 4.1.2. Al(OH) 3↓ + NaOH = Na[Al(OH)4] 4.1.3. Al(OH) 3↓ + 3 HCl = AlCl3 + 3 H2O 4.2. A Pb

2+ ion reakciói

4.2.1. Pb(NO3)2 + H2SO4 = PbSO4↓ + 2 HNO3 4.2.2. Pb(NO3)2 + 2 KI = PbI2↓ + 2 KNO3 4.2.3. Pb(NO3)2 + 2 NaOH = Pb(OH) 2↓ + 2 NaNO3 4.2.4. Pb(OH) 2↓ + 2 HNO3 = Pb(NO3)2 + 2 H2O 4.2.5. Pb(OH)2 + 2 NaOH = Na2[Pb(OH)4] 4.2.6. Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4 + 2 KNO3 4.3. Az NH4

+ (ammónium) ion reakciói

4.3.1. NH4Cl(sz) + NaOH = NaCl + NH3↑ + H2O (NH3-szag)

4.3.2. NH4Cl + 2 K2[HgI4] + 4 KOH = HgO HgNH2

I + 7 KI + KCl + 3 H2O

KVALI (2011-2012)

7

Anionok kimutatása

Az anionokat a kationokhoz hasonlóan, analitikai osztályokba sorolják. Az anionok

egyes osztályainak jelzésére és egymástól való megkülönböztetésére osztályreagensül HCl-at,

BaCl2-ot és AgNO3-ot használnak. Míg azonban a kationok egyes osztályait osztályreagensük

segítségével egymástól elválaszthatók, addig az anionok elkülönítésére az osztálykémszerek

nem alkalmasak.

Az I. osztály anionjainak vizes oldatában erıs savak gázfejlıdést, vagy

csapadékképzıdést okoznak. Ide tartoznak: CO32-, HCO3

-, SO32-, S2O3

2-, S2-,

SiO32-, ClO-.

A II. osztály anionjai erıs savaktól észrevehetıen nem változnak. Semleges

oldatukból BaCl2 vagy Ba(NO3)2 csapadékot választ le. Ide tartoznak: SO42-, PO4

3-,

BO33-, F-, IO3

-, BrO3-.

A III. osztály anioinjai AgNO3-tal csapadékot adnak. Ide tartoznak: Cl-, I-,

Br-, CN-, SCN-, [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3-.

A IV. osztály ionjait specifikus reakciókkal azonosítjuk. Ide tartoznak: NO3-,

NO2-, ClO3

-, OH-, CH3-COO-, (COO)2 2-.

5. Halogén csoport egyszerő és összetett ionjainak reakciói 5.1. A Cl (klorid) ion reakciói

kémhatás: semleges 5.1.1. NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3 5.1.2. Pb(NO3)2 + 2 NaCl = PbCl2↓ + 2 NaNO3 5.2. A Br (bromid) ion reakciói kémhatás: semleges 5.2.1. AgNO3 + KBr = AgBr↓ + KNO3 5.2.2. 2 KBr + Cl2 = Br2 + 2 KCl 5.3. A I

(jodid) ion reakciói

kémhatás: semleges 5.3.1. AgNO3 + KI = AgI↓ + KNO3 5.3.2. 2 KI + Cl2 = I2 + 2 KCl 5.3.3. I2 + 5 Cl2 + 6 H2O = 2 HIO3 + 10 HCl

KVALI (2011-2012)

8

6. Az oxigén csoport egyszerő és összetett ionjainak reakciói 6.1. Az OH

- (hidroxid) ion reakciói

kémhatás: erısen lúgos 6.1.1. 2 AgNO3 + 2 NaOH = 2 NaNO3 + 2 AgOH → Ag2O↓ + H2O 6.2. Az O2

2- (peroxid) ion reakciói

kémhatás: semleges 6.2.1. H2O2 + 2 KI + H2SO4 = 2 H2O + K2SO4 + I2↓ 6.2.2. 5 H2O2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O + 5 O2↑ 6.3. Az SO4

2 (szulfát) ion reakciói

kémhatás: semleges 6.3.1. BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2 NaCl 7. A széncsoport egyszerő és összetett ionjainak reakciói 7.1. A CO3

2 (karbonát) ion reakciói

kémhatás: erısen lúgos 7.1.1. Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2O + CO2↑ 7.1.2. Na2CO3 + 2 AgNO3 = Ag2CO3 + 2 NaNO3 7.2 A SiO3

2 (szilikát) ion reakciói

kémhatás: erısen lúgos 7.2.1 Na2SiO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2SiO3 7.2.2 Na2SiO3 + 2 AgNO3 = Ag2SiO3 + 2 NaNO3

KVALI (2011-2012)

9

Egyszerő kation- és anionanalízis

A fontosabb kationok és anionok egyszerő analízisét, amikor csak egyféle kation és

anion van jelen az oldatban, az alábbi táblázatok alapján végezzük el.

Eljárás:

Minden hallgató két kémcsövet kap, egyikben az ismeretlen kation 1M oldata, a

másikban az ismeretlen anion 0,1M oldata van. Hígítsa fel az ismeretlen kationt tartalmazó

oldat kb. 1 cm3-ét 9 cm3 desztillált vízzel. A hígított oldatot a reakciókhoz, míg az 1M oldatot

az esetleg szükséges lángfestési próbához használja.

Ismeretlen kation meghatározása

Három kémcsıbe kb. 1-1-1 cm3 ismeretlen kationt tartalmazó oldatot öntünk. Az elsıhöz 1

cm3 30% kénsavat, a másodikhoz 1 cm3 KI-oldatot, a harmadikhoz 1 cm3 NaOH-oldatot

adunk. A reagenst cseppenként, rázogatás, esetleg melegítés közben adjuk a vizsgálandó

mintához és megfigyeljük a végbemenı változásokat. Miután a csapadékok színe alapján

alapján megtaláltuk az ismeretlen iont, annak azonosságáról az speciális reakciója alapján is

meg kell gyızıdnünk! Az analízis menetérıl készítsünk pontos jegyzıkönyvet!

Ismeretlen anion meghatározása

Három kémcsıbe kb. 1-1-1 cm3 ismeretlen aniont tartalmazó oldatot öntünk. Az elsıhöz 1

cm3 ezüstnitrátot, a másodikhoz 1 cm3 sósavoldatot adunk, a harmadiknak ellenırizzük a

kémhatását. Miután a csapadékok színe alapján alapján megtaláltuk az ismeretlen iont, annak

azonosságáról az speciális reakciója alapján is meg kell gyızıdnünk! Az analízis menetérıl

készítsünk pontos jegyzıkönyvet!

KVALI (2011-2012)

10

Ismeretlen kation meghatározása

30%-os H2SO4

KI

NaOH

Speciális reakció

Ca2+

Ba2+

Sr2+

Hg2

2+

Hg2+

Ag+

Fe2+

Fe3+

Cd2+

Al3+

Pb2+

NH4

+

KVALI (2011-2012)

11

Ismeretlen anion meghatározása

AgNO3

HCl

kémhatás

Speciális reakció

Cl

Br

I

OH

H2O2

SO4

2

CO3

2

SiO3

2

KVALI (2011-2012)

12

Laboratóriumi jegyzıkönyv Név: ......................................................... Csoport: .................................................. Dátum: ....................................................

Szervetlen ionok kvalitatív kémiai analízise

1. Ismeretlen kation meghatározása:

30%-os H2SO4

KI

NaOH

Speciális reakció

ismeretlen kation

………….. + H2SO4 =

………….. + KI =

………….. + NaOH =

Speciális reakció:

A fenti reakciók alapján az ismeretlen kation: 2. Ismeretlen anion meghatározása

kémhatás

AgNO3

HCl

Speciális reakció

ismeretlen

anion

………….. + AgNO3 =

………….. + HCl =

Kémhatás:

Speciális reakció:

A fenti reakciók alapján az ismeretlen anion: