úvod
V lekcii o dôkazoch katiónov sme skúmali vždy jeden katión. Skutočné vzorky, voda z rieky, zliatina či ruda, obsahujú viac katiónov naraz a ich reakcie sa prekrývajú. Analytik preto zmes najprv rozdelí na menšie skupiny a až v nich hľadá jednotlivé ióny.
teória
Skupinové činidlá
Skupinové činidlo vyzráža zo zmesi celú skupinu katiónov naraz. Zrazeninu oddelíme filtráciou a kvapalinu, ktorá pretiekla filtrom, filtrát, použijeme v ďalšom kroku. Katióny, ktoré sa správajú k skupinovému činidlu rovnako, tvoria analytickú triedu.
Klasický postup, takzvaná sulfánová metóda, delí katióny do piatich tried:
| Trieda | Skupinové činidlo | Čo sa zráža | Príklady |
|---|---|---|---|
| 1. | zriedená kyselina chlorovodíková | chloridy | Ag⁺, Pb²⁺ |
| 2. | sulfán H₂S v kyslom prostredí | sulfidy | Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺ |
| 3. | sulfid amónny s amoniakom | sulfidy a hydroxidy | Fe²⁺, Fe³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Al³⁺ |
| 4. | uhličitan amónny | uhličitany | Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ |
| 5. | žiadne | nezrážajú sa | Na⁺, K⁺, Mg²⁺, NH₄⁺ |
teória
Na poradí záleží
Činidlá pridávame v presnom poradí. Sulfid amónny totiž zráža nielen katióny 3. triedy, ale aj 1. a 2. triedy. Keby sme ho pridali hneď na začiatku, všetko by sa zrazilo naraz. Každé činidlo preto prichádza až vtedy, keď sú triedy s nižším číslom už odfiltrované.
Celý postup vyzerá takto:
- Malú časť vzorky odložíme na dôkaz amónnych iónov, ktorý treba urobiť hneď na začiatku.
- Pridáme HCl a odfiltrujeme chloridy 1. triedy.
- Do filtrátu zavedieme sulfán a odfiltrujeme sulfidy 2. triedy.
- Filtrát zalkalizujeme amoniakom a pridáme sulfid amónny. Odfiltrujeme zrazeninu 3. triedy.
- Pridáme uhličitan amónny a odfiltrujeme uhličitany 4. triedy.
- Vo zvyšku sú katióny 5. triedy, ktoré dokážeme plameňom alebo osobitnými reakciami.
Už farba zrazeniny veľa prezradí: sulfidy medi, niklu a železa sú čierne, sulfid zinku biely, sulfid mangánu ružový a sulfid kadmia žltý.
vyskúšaj si
Delenie katiónov
Zmes č. 1: roztok s neznámymi katiónmi. Rozdeľ ho skupinovými činidlami v správnom poradí.
0 / 0Ťahák: analytické triedy katiónov
- 1. trieda: zriedená HCl (HCl), chloridy; Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺
- 2. trieda: sulfán v kyslom prostredí (H₂S), sulfidy; Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺, Sn²⁺
- 3. trieda: sulfid amónny v amoniakálnom prostredí ((NH₄)₂S), sulfidy a hydroxidy; Fe²⁺, Fe³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Al³⁺
- 4. trieda: uhličitan amónny ((NH₄)₂CO₃), uhličitany; Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺
- 5. trieda: žiadne skupinové činidlo, nezrážajú sa; Na⁺, K⁺, Li⁺, Mg²⁺, NH₄⁺
Čo je skupinové činidlo?
0 / 0Sulfán je jedovatý plyn so zápachom po skazených vajciach. V školách sa sulfánová metóda neodskúša celá, alebo sa namiesto sulfánu používajú bezpečnejšie činidlá. Jej princíp však ukazuje, ako analytik rozmýšľa: krok za krokom zužuje možnosti.
Zapamätaj si: zmes katiónov delíme skupinovými činidlami. Každé vyzráža jednu analytickú triedu, zrazeninu odfiltrujeme a s filtrátom pokračujeme. Kyselina chlorovodíková zráža striebro a olovo, čo sa nezrazí ničím, ako sodík a draslík, dokážeme plameňom.
Prečo sa sulfidy zrážajú v rôznom prostredí
Sulfán je slabá dvojsýtna kyselina. V kyslom roztoku je koncentrácia sulfidových iónov S²⁻ veľmi malá, lebo vodíkové katióny posúvajú rovnováhu
H₂S ⇌ 2 H⁺ + S²⁻
doľava. Vyzrážajú sa preto len najmenej rozpustné sulfidy, napríklad CuS, CdS a HgS (2. trieda). V zásaditom prostredí sulfidu amónneho je sulfidových iónov veľa a vyzrážajú sa aj rozpustnejšie sulfidy FeS, NiS, ZnS a MnS (3. trieda). Hliník a chróm tu nedávajú sulfidy, ale hydroxidy, lebo ich sulfidy vo vode hydrolyzujú.
O tom, či sa zrazenina vytvorí, rozhoduje súčin rozpustnosti Kₛ. Zrazenina vznikne, keď súčin koncentrácií iónov v roztoku prekročí Kₛ. Pre CuS je Kₛ asi 10⁻³⁶, pre ZnS asi 10⁻²⁴, a práve tento obrovský rozdiel umožňuje oba katióny oddeliť len zmenou kyslosti.
rozšírenie Od skúmaviek k prístrojom
Sulfánová metóda vznikla v 19. storočí a celý rozbor neznámej zmesi trval študentom aj niekoľko dní. Dnešné laboratóriá používajú prístroje. Atómová emisná spektrometria s indukčne viazanou plazmou (ICP) zmeria v jednej kvapke desiatky kovov naraz za pár minút. Klasické delenie sa však stále učí, lebo krok za krokom ukazuje, prečo sa látky správajú tak, ako sa správajú.
teória
Časté chyby
- „Skupinové činidlá môžeme pridať v ľubovoľnom poradí.“ Neskoršie činidlá by zrazili aj ióny skorších tried.
- „Zrazeninu netreba odfiltrovať.“ Bez filtrácie by ióny zo zrazeniny rušili ďalšie dôkazy.
- „5. trieda nemá žiadne katióny.“ Má, ale tie sa nezrážajú. Dokazujú sa plameňom a osobitnými reakciami.
- „Amónne ióny dokážeme na konci.“ Na konci je ich vo vzorke plno z činidiel, preto sa dokazujú na začiatku.
Ako sa z hmotnosti zrazeniny vypočíta, koľko látky vzorka obsahovala, ukazuje ďalšia lekcia Vážková analýza.