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 Cr2O72- H2S (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-, ClO4- barví 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+ 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 vznik intenzivního červenofialového zbarvení reakce s kyselinou chromotropovou v přítomnosti octanu vznik itenzivně hnědého roztoku

Určování kationtů Fe2+ Co2+ 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] vznik bílé sraženiny, na vzduchu postupně modrá až do barvy berlínské modři (často ihned) Co2+ reakce s thiosíranem sodným krystalová drť thiosíranu se zbarví jasně modře

Určování kationtů Mn2+ reakce s dusitanem draselným pozitivní výsledek v přebytku dusitanu vznikne žlutá sraženina K3[Co(NO2)6] reakce s thiokyanatanem amonným vznik modrého roztoku [Co(SCN)4]2- Mn2+ reakce s hydroxidy (reakce s hydroxidy) slabě růžová sraženina, postupně hnědne lze urychlit přítomností H2O2

Určování kationtů Ni2+ reakce se sulfidem amonným (reakce s (NH4)2S) pozitivní výsledek vznik narůžovělé sraženiny, na vzduchu postupně hnědne Ni2+ reakce s amoniakem (reakce s amoniakem) světle zelená sraženi rozpustná v nadbytku NH3 na modrý roztok reakce s diacethylglyoximem (Čugajevovým činidlem) vznik červené sraženiny v amoniakálním nebo octanovém prostředí

Určování kationtů IV. skupina (Ca2+, Sr2+, Ba2+) Zn2+ Ba2+ 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 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 postupný vznik bílé sraženiny (narozdíl od Ba2+, kde vzniká okamžitě) reakce s chromany nebo dichromany vznik žluté sraženiny rozpustné v kyselině octové

Určování kationtů V. skupina (Na+, K+, Li+, Mg2+) Ca2+ Na+ 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+ Li+ barví plamen růžovofialově reakce s hexanitratokabaltitanem sodným pozitivní výsledek vznik žluté sraženiny Fischerovy soli reakce s HClO4 nebo NaClO4 (reakce s HClO4 nebo NaClO4) vznik bílé sraženiny chloristanu draselného Li+ barví plamen karmínově červeně reakce s fosforečnanem sodným (reakce s Na3PO4) 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) 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 barva roztoku 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 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 selektivní reakce aniontů III. třída aniontů SO42- 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 SO32- 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 odbarvení roztoku

Určování aniontů S2- CO32- 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 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 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) vznik žluté krystalické sraženiny

Určování aniontů SiO32- 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- Br- 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 vznik charakteristicé sraženiny PbI2 („zlatý déšť“)

Určování aniontů F- reakce s Hg(NO3)2 v nadbytku pozitivní výsledek vznik červenooranžové sraženiny HgI2 reakce s chlorovou vodou vznik I2, lze jej vytřepat do chloroformu (růžová – fialová) F- reakce s CaCl2 (reakce s CaCl2) 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+) odbarvení roztoku MnVII → MnII

Určování aniotnů NO3- 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 vznik hnědého proužku => „kroužková reakce“ reakce s difenylaminem po podvrstvení vzorku dojde k vytvoření modrého kroužku na rozhraní fází