Analytická chemie

Analytická chemie je obor chemie, který se zabývá zkoumáním chemického složení látek. Rozděluje se na:

Analytickou chemii kvalitativní - zjišťuje složení látek (z jakých prvků ) - určuje vzájemný poměr prvků ve sloučenině

Analytickou chemii kvantitativní - zjišťuje, jaké množství prvků nebo sloučenin zkoumaná látka obsahuje.

Metody analytické chemie

a) chemické - využívají reakcí s postřehnutelnými změnami - změna barvy, tvorba nebo rozpuštění sraženiny

b) fyzikální - využívají změn fyzikálních vlastností - index lomu, elektrická vodivost .

c) fyzikálně - chemické - kombinace předcházejících

Podle množství analyzovaného vzorku rozeznáváme

druh analýzy  množství analyzované látky

v gramech v cm3

makroanalýza  nad 0,1 nad 10

semimikroanalýza  0,01-0,1 1-10

mikroanalýza 0,001-0,01 0,1-1

ultramikroanalýza  pod 0,001 pod 0,1

Kvalitativní analytická chemie.

V chemické terminologii se používá formulace- zabývá se  d ů k a z e m.

Používá metody:

Analýza na suché cestě - zkoumá vzhled látky, její zabarvení, homogenitu, tvrdost, tvar krystalů, rozpustnost a další fyzikální vlastnosti. Metody rozboru suchou cestou jsou mimo jiné:

plamenná zkouška: využívá schopnosti některých prvků zabarvit nesvítivý plamen.

Popis metody:platinový drátek ( lze nahradit jiným kovem ) zvlhčíme ve zředěné HCl, vyžíháme a naneseme vzorek analyzované látky. Drátek vložíme do spodní části oxidačního plamene ( viz nákres ) a sledujeme zabarvení.

oxidační část plamene  zabarvení plamene Ca-cihlově červená

Cu-modrozelená

analyzovaný vzorek Ba-žlutá Na-oranžová

Sr-karmínově červená

K -fialová

redukční platinový drátek Li-červená

část plamene  Sn-modrá

As-tmavě modrá

B -světle zelená

Cl,Br,I-žlutozelená

Tato schopnost prvků je využívána při přípravě ohňostrojů a bengálských ohňů.

perličková zkouška: Využívá schopnosti látek reagovat za zvýšení teploty s kovy za vzniku barevných sloučenin. Tato schopnost se využívá při výrobě barevných skel.

Boraxová perlička ( borax - Na₂B₂O₇ . 10H₂O ) - na očko vyžíhaného platinového drátku zachytíme borax a roztavíme jej v nesvítivé části plamene. Vyžíhání provádíme tak dlouho, dokud se nevytvoří bezbarvá průhledná kulička. Na ni zachytíme nepatrné množství zkoumané látky a nejprve zahříváme v oxidačním, pak v redukčním plameni.

Kov po oxidaci po redukci

Cu modrozelená až světle modrá temně červená

Mn fialová bezbarvá

Fe hnědožlutá zelenavá

Co modrá modrá

Ni nahnědlá šedá,neprůhledná

Cr žlutozelená trávově zelená

Místo boraxu lze použít NaNH₄HPO₄.4H₂O

Jako další metody lze uvést žíhání s alkalickými hydroxidy, fluorescenci, absorpční nebo emisní spektrální analýzu, jadernou magnetickou rezonanci ( NMR ).

Analýza na mokré cestě.

Vzhledem k tomu, že metody suché analýzy slouží pouze k orientačnímu důkazu ( je-li vzorek složen z více prvků, zabarvení se navzájem ruší ), je těžištěm kvalitativní analýzy mokrá cesta. Vzhledem k tomu, že reakce probíhají v roztoku, je nutné pevné látky do roztoku převést. Postupně se používají rozpouštědla voda, kyseliny, zásady ( u obou nejprve za studena a v nižších koncentracích, v případě nutnosti za horka a v koncentrovaných roztocích ). Nelze-li zkoumaný vzorek rozpustit, taví se s různými solemi nebo hydroxidy ( Na₂CO₃, NaOH ) a znovu se produkt rozpouští. Je nutné si uvědomit, že těmito operacemi vzorek znečišťujeme a při dalších důkazech dokážeme i látky, které jsme sami přidali.

Podle množství provádíme reakce  ve zkumavce makro

na kapkovací destičce semimikro,makro

na filtračním papíře semi

pod mikroskopem mikro

Látky, které jsme převedli do roztoku, dokazujeme jako kationty a anionty. Nejprve provádíme důkaz kationtů, pak aniontů. K důkazu využíváme systém reakcí.

Skupinové reakce - kationty nebo anionty se společnými vlastnostmi reagují s určitými činidly obdobně. Pomocí těchto skupinových činidel je tak můžeme rozdělit do analytických tříd

Selektivní reakce - selektivní činidla reagují pouze s některými kationty v danné analytické třídě. Pomocí těchto činidel rozdělíme kationty do podtříd

Specifické reakce - specifická činidla reagují za stanovených podmínek pouze s jedním kationtem v danné potřídě.

Zjednodušený postup dělení kationtů sirovodíkovým postupem.

Sirovdík je prudce jedovatý plyn-s jeho vodným roztokem pracujte v digestoři

Není-li uvedeno jinak, používají se nasycené roztoky.

I.analytická třída - Pb²⁺, Ag⁺, Hg⁺ -působením zředěné HCl se z roztoku vysráží jako chloridy. Je-li Pb v nízké koncentraci, nemusí se vysrážet

K 1ml vzorku přidávejte po kapkách zředěnou HCl, vytvoření sraženiny je pozitivním důkazem

II.analytická třída - působením H₂S v kyselém prostředí se vysráží jako sulfidy

II.A třída-Pb²⁺,Bi³⁺,Cu²⁺,Cd²⁺ - po přidání Na₂S a NaOH se jejich sraženina nerozpustí.

II.B třída - Hg²⁺,As³⁺,⁵⁺,Sb³⁺,⁵⁺,Sn²⁺,⁴⁺ - po přidání výše uvedených látek se jejich sraženina rozpustí.

Do roztoku, ze kterého jsme odstranili sraženiny prvků I.analytické třídy, zavádíme plynný sirovodík nebo sirovodíkovou vodu. Vytvoření sraženiny je pozitivní důkaz. Pro oddělení A a B skupiny k takto vytvořené sraženině přidáme 5-10 kapek roztoku Na₂S a NaOH, opatrně zamícháme a zahříváme na vodní lázni. Sulfidy kationtů II.B přejdou na rozpustné thiosoli a lze je odfiltrovat. K jejich opětovnému vysrážení stačí filtrát okyselit.

III.analytická třída - působením H₂S v zásaditém prostředí se kationty vysráží jako sulfidy

III.A třída-Al^3+,Zn²⁺,Cr³⁺ - v nadbytku NaOH se sraženina rozpouští

III.B třída-Fe²⁺,³⁺,Mn²⁺,Ni²⁺,Co²⁺ - působením NaOH se sraženina nerozpouští

Do roztoku, ze kterého jsme odstranili sraženiny prvků II.třídy, přidáme 0,5ml NH₄Cl a neutralizujeme NH₄OH. Dále zavádíme plynný H₂S nebo sirovodíkovou vodu. Vznik sraženiny je pozitivní důkaz.  K oddělení A a B skupiny sraženinu rozpustíme v malém množství HCl a přidáváme NaOH do alkalické reakce. Sraženina prvků III.B třídy se znovu vytvoří.

IV.analytická třída - působením (NH₄)₂CO₃ v neutrálním prostředí se kationty vysráží jako uhličitany

IV.A třída- Ca²⁺,Sr²⁺,Ba²⁺

IV.B třída- Mg²⁺ - jsou-li přítomny amonné soli, Mg se nevysráží a dokazujeme ho v V.analytické třídě.

Do roztoku, ze kterého jsme odstranili sraženiny prvků III. třídy, přidáme asi 6 kapek (NH₄)₂CO₃, amoniakem zneutralizujeme, roztok zahřejeme k varu. Tvorba sraženiny je pozitivní důkaz.

V.analytická třída - Mg²⁺,Na⁺,K⁺,NH⁴⁺ - k oddělení Mg použijeme NH₄OH s Na₂HPO₄. Ostatní kationty dokazujeme specifickými reakcemi.

Specifické reakce kationtů.

I.analytická třída.

Ag - s HCl vznik bílé sraženiny AgCl, působením světla změna barvy na šedou až modročernou

- s KI vznik žluté sraženiny AgI, za horka nerozpustná

- Tananajevova rce - s MnSO₄ v prostředí OH^- dojde k redukci a vzniká kovové stříbro  - na filtrační papír nebo kapkovací destičku se dá kapka zředěné HCl, kapka roztoku, kapka HCl, kapka MnSO₄, nakonec 1-2 kapky KOH. Černá skvrna je pozitivní důkaz.

Pb - s HCl bílá sraženina PbCl₂, za horka nerozpustná

-s KI žlutá sraženina PbI₂, za horka rozpustná, po ochlazení vznik šupinovitých krystalků

- kovový zinek redukuje z roztoku olovo v podobě šedých jehliček

Hg - v roztoku se vyskytuje jako dvojatomový kationt Hg₂²⁺

-s HCl vznik bílé sraženiny Hg₂Cl₂, po přidání amoniaku zčerná

-s KI vznik zelené sraženiny Hg₂I₂

oxidací vzdušným kyslíkem přechází kationt Hg⁺ na Hg²⁺

-s KI červená sraženina KI₂

- s OH^- žlutý HgO

!!!Sloučeniny rtuti v oxidačním stupni +II jsou jedovaté!!!

II.Analytická třída

Bi - sloučeniny bismutu jsou rozpustné ve vodě pouze při pH nižším než jedna ( jedná se už o kyselinu ). Při vyšším pH hydrolyzují za vzniku bílých sraženin amorfních solí

- k roztoku přidáme NaCl, po rozpuštění ( při použití nasyceného NaCl ihned ) několik kapek přeneseme do většího objemu vody, vznik bílého zákalu je pozitivní důkaz

Cu - kationt je v roztocích bleděmodrý

-s MOH modrá sraženina, zahřátím zčerná

-s NH₃ modrá sraženina, v nadbytku činidla rozpustná

-s K₄/Fe(CN)₆/ v neutrálním nebo slabě kyselém prostředí ( CH₃COOH ) červenohnědá sraženina

Cd - s H₂S žlutá sraženina sulfidu, nerozpustná v Na₂S + NaOH

- s KCN bílá sraženina

As -s H₂S žluté sulfidy, rozpustné v H₂S + NaOH

- s CuSO₄ zelený arsenitan nebo světle modrý arseničitan

- s (NH₄)₂MoO₄ v prostředí HNO₃ vznik žluté krystalické sraženiny proměnlivého složení. Nutné povařit s koncentrovanou HNO₃. Rce probíhá pomalu, sraženina se vytvoří po několika minutách

-Marschova zkouška - používá se k důkazu stopových množství v soudním lékařství - reakcí s vodíkem ve stavu zrodu vznikne arsenovodík, který se vysokou teplotou rozkládá,  po ochlazení vznik kovového zrcátka

Sb - s H₂S vznik oranžových sulfidů

- s alkalickými hydroxidy vznik bílé sraženiny, rozpustné v HCl

- s železným drátem v prostředí HCl vznik černých vloček kovového Sb

Sn ⁴⁺ - s H₂S hnědý SnS nebo žlutý SnS₂, rozpustné v HCl (1:1)

- Zn redukuje z okyselených roztoků šedý houbovitý Sn

III.analytická třída.

Al - důkaz činí potíže, málo vhodných specifických reakcí

-s Kobaltovou solucí ( 10% Co(NO₃)₂ ) vzniká Thénárdova modř - vzorek odpaříme, vyžíháme( vznik Al₂O₃ ), pokápneme solucí a znovu vyžíháme. Modré zabarvení je pozitivní důkaz, vzniká Co(AlO₂)₂

Cr - vzhledem k neprůkaznosti rcí oxidujeme Cr³⁺ bromovou vodou v prostředí alkalického hydroxidu na CrO₄^2-, nadbytek bromové vody je nutné odstranit krystalkem fenolu - důkaz viz anionty

- se silně zředěnou H₂SO₄ a peroxidem vodíku dává modré zabarvení, po vytřepání do etéru stálé

Zn - s H₂S v prostředí zředěné CH₃COOH bílá sraženina sulfidu

-s Kobaltovou solucí vznik Rinmanovy zeleně

- s K₄/Fe(CN)₆/ v neutrálním nebo slabě kyselém prostředí bílá sraženina

Fe - s K₃/Fe(CN)₆/ vznik modré sraženiny berlínské modři

Fe - s K₄/Fe(CN)₆/. vznik modré sraženiny berlínské modři

- s KSCN v kyselém prostředí intenzivní červené zabarvení komplexů proměnlivého složení

- s kyselinou salicylovou fialové zabarvení

Mn - na suché cestě boraxovou perličkou

- na mokré cestě nutná oxidace na Mn⁴⁺ nebo Mn⁷⁺ v alkalickém prostředí - ke zkoumanému roztoku se přidá NaOH, pak po kapkách bromová voda nebo 3% H₂O₂. Vznik tmavé sraženiny je pozitivní důkaz

Ni -s NH₃ zelená sraženina,v nadbytku činidla přechází v modrofialový roztok

- s KCN zelená sraženina, v přebytku činidla rozpustná

Co - s KSCN nebo NH₄SCN vzniká modře zabarvený roztok

-s KNO₂ v slabě kyselém prostředí sraženina Fischerovy sole

IV.analytická třída.

Ca ,Sr ,Ba -důkaz zkouškou v plameni

- s 1N kyselinou šťavelovou v neutrálním prostředí vznik sraženiny - u Ca ihned, u Sr po delší době, Ba se nesráží

Mg - na naší úrovni máme smůlu

_{V.analytická třída.}

Na ,K - důkaz zkouškou v plameni

- pod mikroskopem -roztok okyselíme H₂SO₄, odpaříme a přidáme kapku zředěného síranu bismutitého. Sodná sůl tvoří bezbarvé jehličkovité krystalky, draselná bezbarvé šestiboké

NH⁴⁺ - k pěti kapkám roztoku přidáme 0,5 ml NaOH a opatrně vaříme. Unikající páry barví lakmusový papírek modře

Analytické reakce anointů.

K důkazu aniontů přistupujeme až po důkazu kationtů.

Skupinová činidla: dusičnan stříbrný a chlorid barnatý ( lze nahradit dusičnanem barnatým).  Reakcemi s těmito činidly jsou anionty rozděleny na čtyři analytické třídy.

Selektivní činidla: do podskupin jsou anionty děleny na základě jejich oxidačně - redukčních vlastností.

Reakce se skupinovými činidly

Jsou-li roztoky koncentrované, anionty III.analytické třídy vytvoří sraženinu i s AgNO₃ a objevují se v I.analytické třídě

Barva sraženiny

Redukující anionty.

Zředěný KMnO₄ v H₂SO₄ - odbarvení fialového roztoku detekuje bromidy, jodidy, siřičitany, dusitany, kyanidy, kyanoželeznatany, thiosírany, thiokyanatany, hydrogensulfidy

Jod+škrobový maz+NaHCO₃ - odbarvení modrého roztoku detekuje kyanidy, kyanoželeznatany, siřičitany, thiosírany, hydrogensulfidy

KSCN + FeCl₃ +HCl - vznik berlínské modři detekuje sulfidy, jodidy, siřičitany, dusitany

Oxidující anionty.

MnCl₂ + HCl -temně hnědé zabarvení detekuje dusitany, dusičnany, chromany, chlorečnany, chlornany

Ki + škrobový maz - modré zabarvení detekuje chromany, dvojchromany, arseničnany, kyanoželezitany, dusitany, chlorečnany, bromičnany, jodičnany, chloristany a peroxidy

Rozpustnost běžných solí ve vodě.

Sírany  - snadno rozpustné, omezeně roz.CaSO₄, Ag₂SO₄, nerozpustné PbSO₄,  SrSO₄,BASO₄.Výše uvedené se nerozpouští ani v kyselinách.

Siřičitany  - nerozpustné, rozpustné pouze siřičitany alkalických kovů

Uhličitany  - alkalických kovů ano(Li méně), ostatní ne, roztoky reagují silně alkalicky

Hydrogenuhličitany - rozpustné, hydrolyzují, roztoky reagují slabě alkalicky

Fosforečnany - alkalických kovů s vyjímnkou Li ano, ostatní ne

Sulfidy - alkalických kovů ano, ostatní ne

Dusičnany  - ano s výjímkou Bi, Hg

Dusitany - ano, pouze AgNO₂ méně

Specifické reakce běžných aniontů

SO₄²  - ve stopovém množství vznik sraženiny s BaCl₂

- s benzidinem v prostředí kys.octové jsou vysráženy jehličkovité krystalky

SO₃^2- -zředěnými kyselinami je uvolňován ostře páchnoucí oxid siřičitý

S₂O₃^2-  - s AgNO₃ zpočátku bílá sraženina, přecházející přes žlutou a hnědou až na černou.  Povařením se černý oxid vyloučí ihned

Cr₂O₇^2- - s AgNO₃ tvoří červenou sraženinu,která se zahřátím rozkládá

CO₃^2-  - působením zředěných kyselin uvolňován CO₂. Unikající plyn necháme působit na kapku uhličitanu sodného, obarveného fenolftaleinem. Odbarvení je pozitivní důkaz

PO₄^3-  - molybdenanem amonným v prostředí kyseliny dusičné vznik pískově žluté sraženiny, rozpustná v amoniaku a alkalických hydroxidech

F^- - červený roztok chloridu železitého + KSCN je odbarven ( vzniká bezbarvý komplex /FeF₆/3-)

Cl^- - AgNO₃ vysráží tvarohovitou bílou sraženinu, rozpustnou v amoniaku, působením světla přes fialovou přechází v šedou v důsledku vyloučení koloidně rozptýleného stříbra

Br^- -AgNO₃ vysráží nažloutlou sraženinu, působením světla přechází do šedé

I^- - koncentrovaná H₂SO₄ uvolňuje z roztoku jodovodík, který je ihned oxidován na jod, unikající ve fialových parách (pozor na vznikající H₂S)

- AgNO₃ vysráží žlutou tvarohovitou sraženinu AgI

SCN^- -FeCl₃ v prostředí HCl poskytuje krvavě červené zabarvení komplexního iontu /Fe(SCN)₆/3-

Fe/CN/₆ ^4- - s FeCl₃ dává modrou sraženinu berlínské modři

Fe/CN/₆ ^3- - s FeSO₄

S^2-  -s octanem olovnatým v zásaditém prostředí vznik černé sraženiny

NO₂^- - zředěnou H₂SO₄ za studena rozkládány za uvolnění hnědých dýmů NO₂!!!-dusičnany neposkytují

- s K₄(Fe/CN/₆) + kys.octová - žlutá sraženina

NO₃^- - koncentrovaná H₂SO₄ za tepla uvolňuje NO₂

-kovový Zn nebo Al redukují dusičnany v prostředí MOH až na amoniak-důkaz čichem nebo lakmusovým papírkem