KEEMILISE ANALÜÜSI VALIKKURSUSE TÖÖJUHENDID

^©Neeme Katt 1996

Keemilise analüüsi eesmärgiks on aine koostise kindlaksmääramine.
Kvalitatiivsel analüüsil määratakse,millised elemendid või ühendid esinevad määratavas aines.
Kvantitatiivsel analüüsil määratakse aine koostisosade sisaldust (kontsentratsiooni).

Analüüsi meetodeid võib liigitada järgmiselt:

1. Keemilised meetodid - analüüs põhineb määratavate koostisosade iseloomulikele keemilistele reaktsioonidele.

2. Füüsikalised meetodid - kasutatakse aine koostisosade iseloomulikke füüsikalisi omadusi (nt.spektraalanalüüs).

3. Füüsikalis-keemilised meetodid - määratakse koostisosade selliseid omadusi, mis oma olemuselt asuvad füüsika ja keemiaga piirnevates valdkondades (nt.kromatograafia,mitmesugused elektrokeemilised meetodid).

Töövõtete järjekorra alusel eristatakse kahte keemilise analüüsi meetodit:

1. Süstemaatilise analüüsi korral määratakse uuritava aine ühest proovist järjestikku kõik koostisosad, järgides rangelt üksikute tööoperatsioonide järjestust.

2. Ositianalüüsil määratakse iga koostisosa uuest proovist,kusjuures koostisosade määramise järjestus on suvaline.

Uuritava aine koguse põhjal võib eristada makroanalüüsi (ainet üle 1g või lahust üle 10 ml),poolmikroanalüüsi(ainet 0,01-1g või lahust 0,1-10ml) ja mikroanalüüsi (ainet alla 0,1 g või lahust alla 0,1 ml).

Mõningaid vajalikke eelteadmisi.

Ioonreaktsioonid.Kuna elektrolüütide lahustes toimuvad keemilised reaktsioonid ioonide vahel,on sobivam kirjeldada reaktsioone ioonvõrrandite abil.

Näide.
2AgNO₃ + BaCl _2® 2AgCl ¯ + Ba(NO₃)₂ molekulaarne võrrand

2Ag⁺ +2 NO₃ ^- + Ba⁺²+ 2Cl^- ® 2AgCl ¯ + Ba⁺²+2 NO₃^- täielik ioonvõrrand

Kompleksühendid sisaldavad mitmest aatomist koosnevaid aatomirühmitusi või ioone, mis on suhteliselt püsivad. Näiteks Na₂SO₄ sisaldab kompleksiooni SO₄^-2.Keerulisematel juhtudel märgitakse kompleksioon nurksulgudesse. Näiteks kaaliumheksatsüaanoferraat(II) K₄[Fe(CN)₆] sisaldab kompleksiooni [Fe(CN)₆]^-4 .

pH iseloomustab lahuste happelisi ja aluselisi omadusi.Neutraalses lahuses on pH=7. Happelises keskkonnas on pH<7; mida väiksem pH,seda happelisem on lahus.Aluselises keskkonnas on pH>7; mida suurem pH, seda aluselisem on lahus.Paljude soolade lahused ei ole neutraalsed,vaid hüdrolüüsi tõttu happelised või aluselised.Soolade hüdrolüüs on tingitud nende reageerimisest veega.

Puhverlahused on teatud ainete vesilahused,mis on võimelised säilitama oma pH mõõduka koguse happe või aluse lisamisel (sest nad on võimelised siduma H⁺ või OH^- ).Tähtsamad puhverlahused on:

1. ammooniumpuhver, mille pH~9, koosneb ammoniaakhüdraadist NH₃ · H₂O ja ammooniumkloriidist NH₄Cl.

2. etanaatpuhver, mille pH~4,5, koosneb etaanhappest CH₃COOH ja naatriumetanaadist CH₃COONa.

Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu 1 dm³ lahuses.Ühiku mol/dm³ asemel kasutatakse tihti lühemat varianti M. Näiteks 2mol/dm³=2M.

Katioonid on positiivse laenguga ioonid: H⁺,NH₄⁺,kõik metallide ioonid.NH₄⁺ on ammooniumioon, mis võib kuuluda soolade koostisse nagu metallide ioonidki.

Anioonid on negatiivse laenguga ioonid: OH^-,happejääkioonid.

Põhilised tööoperatsioonid keemilisel analüüsil.

1. Paljud metallid ja anorgaanilised ained reageerivad tugevate hapetega (HCl,H₂SO₄,HNO₃) või nende seguga (näiteks kuningveega, mis koosneb kontsentreeritud HCl-st ja HNO₃-st vahekorras 3:1),moodustades vees lahustuvaid saadusi.

2. Sulandamisel segatakse uuritav aine mingi keemiliselt aktiivse ja suhteliselt kergsulava reaktiiviga (NaOH,Na₂CO₃ jt.) ning kuumutatakse.
3. Mõningate soolade lahustamiseks kasutatakse kompleksühendite teket.Näiteks lahustumatu AgCl saab viia lahusesse ammiinkompleksina:

   AgCl + 2NH₃·H₂O ® [Ag(NH₃)₂]Cl + 2H₂O

1. Tähtsaim keemiline eraldamismeetod on sadestamine.Et vältida lahuse üleküllastumisest tingitud kiiret sademe teket ja lisandite kaasasadenemist, lisatakse uuritavale lahusele tilkhaaval sadestusreaktiivi lahjat lahust,soojendatakse ning segatakse.Mõnedel ainetel on kalduvus moodustada väga väikestest osakestest koosnevaid kolloidlahuseid,mis settivad väga aeglaselt.Sel juhul on vaja sadestusreaktiivi kontsentreeritud lahust lisada kiirelt,kuumutada ja segada,vahel lisatakse ka elektrolüüte (näiteks NH₄Cl lahust).Adsorptsiooni tõttu on sade saastunud teiste lahuses olevate ioonidega ja seepärast on sadet vaja alati pesta destilleeritud veega (kolloidlahuse tekkimise võimaluse korral NH₄Cl lahusega).Mõnikord kasutatakse sadestamist tekkiva reaktiivi meetodil.Sel juhul valmistatakse sadestusreaktiiv uuritavas lahuses kulgeva aeglase reaktsiooni abil.Näiteks kasutatakse katioonide analüüsil mürgise ja ebameeldiva lõhnaga divesiniksulfiidi H₂S asemel tioatseetamiidi CH₃CSNH₂ , mis soojendamisel hüdrolüüsub aeglaselt, moodustades H₂S :

   CH₃CSNH₂ + H₂O ® CH₃CONH₂ + H₂S

2. Füüsikalis-keemilised eraldamismeetodid on ekstraktsioon, elektro-forees, kromatograafia. Ekstraktsioonil lisatakse uuritavale vesilahusele sobivat veega mittesegunevat orgaanilist lahustit ja loksutatakse.Selle tulemusena lähevad teatud keemilised ühendid vesilahusest üle orgaanilisse lahustisse.Näiteks joodi vesilahuse loksutamisel benseeni C₆H₆ või tolueeniga C₆H₅CH₃ läheb jood üle orgaanilisse lahustisse, moodustades roosa või lillakaspunase kihi (jood lahustub vees halvasti, orgaanilistes lahustites aga hästi).

3. Füüsikalised eraldamismeetodid on destillatsioon ja sublimatsioon.

Vahel on võimalik analüüsi takistavate aine koostisosade eraldamine asendada maskeerimisega.Sel juhul viiakse mingi ioon või ühend keemilise reaktsiooni abil sellisesse vormi, milles ta ei osale enam teatud reaktsioonides.Näiteks esineb sageli vajadus maskeerida raud(III)ioone.Selleks võib kasutada nende sidumist väheaktiivsesse kompleksühendisse NaF toimel: Fe⁺³ + 6F^- ® [FeF₆]^-3 või redutseerimisel Na₂SO₃ -ga.

Töövõtted ja töövahendid kvalitatiivsel analüüsil.

Analüüsi töövõtted ja töövahendid sõltuvad suurel määral analüüsitava aine kogusest.Käesolevas juhendis kirjeldatakse poolmikroanalüüsi, mille puhul kasutatakse ühe iooni tõestamiseks 1-5 tilka ning rühma eraldamiseks 0,5-2 cm³ lahust.Mõningaid reaktsioone saab läbi viia ka väikeses katseklaasis, kuid üldiselt on see ebaotstarbekas.

Üksikute tilkadega teostatavat analüüsi nimetatakse tilkanalüüsiks.Tilkanalüüsi võib läbi viia kahel viisil:

1. filterpaberil (mõõtmetega 3x3 cm) - pipetti tuleb võtta reaktiivi kapillaarotsa jagu ja suruda see vastu paberit; tekib märg laik diameetriga 0,5-1 cm ;selle keskele tuleb analoogiliselt kanda uuritava lahuse tilk.

2. klaasplaadil - uuritav lahus ja reaktiivid kanda plaadile ühe tilga kaupa.Mitmeid aineid identifitseeritakse kristallide iseloomuliku kuju järgi,vaadeldes neid mikroskoobiga (mikrokristalloskoopia).Sel juhul vajalikud korrapärase kujuga kristallid saadakse lahuste aeglasel segunemisel ning tilgad tuleb plaadil paigutada kõrvuti ja ühendada peene kapillaariga.

Gaasikambris tõestatakse eralduvaid gaase.Gaasikamber koostatakse väikesest tiiglist ja klaasplaadist.Tiiglisse pannakse reageerivad ained, klaasplaadi alumisele küljele kantakse gaasiga reageeriva reaktiivi tilk või niisutatud indikaatorpaberi tükike.

Leekreaktsioonid võimaldavad tõestada mõningaid elemente, mille aatomitel on võime saata kõrgel temperatuuril välja iseloomulikku valguskiirgust.Proovi leeki viimiseks kasutatakse inertsest metallist (kroomnikkelterasest) traati - leeknõela.Leeknõel tuleb alati eelnevalt puhastada.Selleks tuleb ta kasta vesinikkloriidhappe lahjendatud lahusesse ja kuumutada leegis.Seda tegevust korratakse, kuni leek jääb nõela kuumutamisel värvusetuks.Seejärel kastetakse leeknõel uuritavasse lahusesse (tilgake klaasplaadil, millele võib ainete lenduvuse parandamiseks lisada tilga lahj.HCl) ja viiakse leeki .Kõrgeim temperatuur on leegi ülemises kolmandikus.

Enamik keemilisi reaktsioone vajab toimumiseks kindlaid keskkonnatingimusi.pH väärtuse kontrolliks asetatakse klaasplaadile universaalindikaatorpaberi tükike (5x5 mm) ja puudutatakse seda uuritavas lahuses niisutatud klaaspulga otsaga.Paberi värvust võrreldakse pH-skaalaga , vajaduse korral reguleeritakse keskkonnatingimusi (puhverlahuse,happe või leelise abil).

Lahuste soojendamine toimub tavaliselt veevannil.Lahuste keetmine viiakse tavaliselt läbi portselantiiglis asbestvõrgul (tõmbe all!).Lahuse keetmisel katseklaasis tuleb kasutada katseklaasihoidjat ja olla ettevaatlik, sest sageli võivad tekkida keemistõuked.Katseklaasi suue peab olema suunatud kaaslastest eemale,kuumutamist alustada lahuse pealispinnast , katseklaasi hoida kaldu ja liigutada teda leegi kohal edasi-tagasi.

Tsentrifuugimist kasutatakse sademe eraldamiseks lahusest.Tsentrifuugi tasakaalustamiseks peavad tema pesades paiknema vastamisi kaks võrdselt täidetud katseklaasi.Pöörlevat tserntrifuugirootorit ei tohi käega peatada! Tsentrifuugimisel sademest eraldunud lahust nimetatakse tsentrifugaadiks.

Tsentrifuugimise järel tuleb kontrollida sadestamise täielikkust.Selleks lisatakse sademe kohal olevale tsentrifugaadile 1 tilk sadestusreaktiivi.Kui see põhjustab täiendava sademekoguse tekke,siis tuleb sade segada uuesti lahusega, lisada veel sadestusreaktiivi, segada ja tsentrifuugida uuesti.

Kui kontrollimine näitab sadestamise täielikkust, eraldatakse tsentrifugaat sademest.Seda tehakse ettevaatlikult pipeti abil, samal ajal katseklaasi kallutades.

Sademe pesemisega eemaldatakse sealt kaasahaaratud ioonid ja tsentrifugaadi jäägid.Selleks lisatakse sademe kogusega võrdne kogus destilleeritud vett või sobivat reaktiivilahust (kolloidlahuse tekke ohu korral NH₄Cl lahust) , segatakse ja tsentrifuugitakse.Esimese pesuvee võib lisada esialgsele tsentrifugaadile,järgmised visatakse ära.

Sademe lahustamiseks lisatakse sademe ruumalaga ligikaudu võrdne kogus sobivat reaktiivi,segatakse,sageli on vajalik ka soojendamine.Kui kogu sade ei lahustu, tuleb lisada veidi lahustavat reaktiivi. Vältida lahuse liigset lahjendamist!

Kokkuaurutamist kasutatakse lahuste kontsentreerimiseks , tahke aurutusjäägi saamiseks ja ammooniumsoolade lagundamiseks.Seda teostatakse portselantiiglis tõmbe all.

Kasutatavad laborinõud tuleb analüüsil vigade vältimiseks alati hoolikalt puhtaks pesta kraaniveega ja loputada destilleeritud veega.

Katioonide süstemaatilise kvalitatiivse analüüsi alused vesiniksulfiidi meetodil.

Katioonide analüüs on süstemaatiline analüüs, mille puhul on vajalik tööoperatsioonide kindel järjekord.See on tingitud katioonide suhteliselt sarnastest omadustest, mistõttu ei saa neid segudest muidu eraldada.Enne määramist jaotatakse katioonid rühmadeks, nii et nad üksteise määramist ei sega.Kõige laiemalt on tuntud katioonide analüüsi vesiniksulfiidi meetod, mille nimetus tuleneb sellest, et rühmadeks jaotamisel on oluliseks reaktiiviks H₂S.Ligikaudu tänapäevast vesiniksulfiidimeetodit kirjeldas esmakordselt 1862.aastal Tartu Ülikooli professor C.Claus.

Meetodi aluseks on katioonide jaotamine sadestusreaktsioonide abil viieks analüütiliseks rühmaks.Need rühmad, nende sadestusreaktiivid ja vajalikud tingimused on toodud juuresolevas tabelis.Tabelis näidatud rühmade eraldamine toimub numeratsioonile vastupidises järjekorras - alustatakse V rühma eraldamisest ning lõpetatakse II rühma eraldamisega esimesest.Analüüsi käigus võib jagada IV ja III rühma alarühmadeks (käesolevas juhendis ei käsitleta).

Sulgudes toodud ioonide määramist juhend ei käsitle.Pb⁺²-ioonid esinevad korraga nii IV kui ka V rühmas, sest PbCl₂ märgatava lahustuvuse tõttu ei ole Pb⁺²-ioonide eraldumine koos teiste V rühma katioonidega täielik ning osa neist eraldub koos IV rühmaga. Hg₂⁺²-ioonide oksüdatsiooniaste on tinglikult +I, kuid kuna tegelikult esineb dimeerne ioon ⁺Hg-Hg⁺,siis on õigem kasutada eeltoodud tähistust (mitte aga Hg⁺).

Vesiniksulfiidi meetodi oluliseks puuduseks on gaasilise H₂S mürgisus ja ebameeldiv hais ning asjaolu, et (NH₄)₂S lahus seismisel saastub. Selle vältimiseks kasutatakse III ja IV rühma sadestamisel tekkiva reaktiivi meetodit.

I rühma katioonide tõestamine ja nende segu analüüs.

Rühma kuuluvad Na⁺,K⁺,NH₄⁺ ja Mg⁺².Nendel ioonidel puudub ühine sadestusreaktiiv ja nad jäävad lahusesse pärast ülejäänud rühmade eelnevat väljasadestamist.Enamus nende ühendeid lahustub vees ja on värvuseta.O.-a. on püsiv.Na⁺-ioonid värvivad leegi kollaseks ja K⁺-ioonid helelillaks (kui proovis on tühiseimgi kogus Na⁺-ioone,siis on nähtav vaid läbi sinise klaasi).

Ammooniumioonide NH₄⁺ tõestamine.

Tõestatakse alati alglahusest,eelkatsena.

1. Gaasikambri meetodil.Pane klaasplaadile tilga dest.vee abil universaalindikaatorpaberi tükike või tilguta 1 tilk Nessleri reaktiivi K₂[HgI₄].Tiiglisse pane paar tilka uuritavat lahust ja lisa paar tilka 6M NaOH lahust,seejärel kata tiigel kohe klaasplaadiga nii,et indikaator jääb alumisele küljele.Võib ettevaatlikult veidi soojendada (nii et lahus ei pritsiks).Indikaator näitab NH₄⁺-ioonide olemasolu korral pH>9,Nessleri reaktiivi tilgas aga tekib punakaspruun sade.

   NH₄⁺ + OH^- ® NH_3­ + H₂O

   

2. Nessleri reaktiiviga K₂[HgI₄] leeliselises keskkonnas (reaktiivile on lisatud KOH) tekib punakaspruun amorfne sade.Katse vii läbi klaasplaadil.Määramist takistavad raskmetallid ja redutseerijad.

   NH₄⁺ + 2[HgI₄]^-2 + 2OH^- ® [(HgI)₂NH₂]I¯ + 5I^- + 2H₂O

Tõestatakse alglahusest (eelkatsena) leekreaktsiooni abil.Puhasta leeknõel,kasta uuritava lahuse tilka klaasplaadil ja vii põleti leeki.Na⁺ olemasolu tõestab leegi intensiivne kollane värvus (sest Na-ühendeid leidub lisanditena paljudes reaktiivides).

Na₂HPO₄ moodustab ammooniumpuhverlahuse NH₃ · H₂O+NH₄Cl keskkonnas (pH=9) valge kristalse sademe.Võta katseklaasi veidi uuritavat lahust,reguleeri ammooniumpuhvri abil pH ja lisa veidi reaktiivi.Mg⁺²-ioonide olemasolu korral tekib valge kristalne sade.

Mg⁺² + NH₃ · H₂O + HPO₄^-2 ® MgNH₄PO_4¯ + H₂O

Dinaatriumpliiheksanitrokupraat(II) Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] moodustab neutraalses keskkonnas musta värvusega kuubikujulisi kristalle.Määramist segavad NH₄⁺-ioonid.Kui nad esinevad uuritavas lahuses,tuleb nad eelnevalt kõrvaldada (vt.altpoolt).Määramiseks auruta klaasplaadil kuivaks 1 tilk uuritavat lahust ja lisa kuivjäägile 1 tilk reaktiivilahust. Mõne minuti möödudes vaatle kristallide kuju mikroskoobiga.Musta värvusega kuubikujuliste kristallide teke tõestab K⁺-ioonide olemasolu.

Pb[Cu(NO₂)₆]^-2 + 2K⁺ ® K₂Pb[Cu(NO₂)₆]¯

Kuumuta tõmbe all tiiglis 1-2 ml uuritavat lahust kuni “valge suitsu” eraldumise lõppemiseni (ammooniumsoolad lagunevad).Seejärel lisa jahtunud tiiglisse 1-2 tilka kontsentreeritud HNO₃ ja korda kuumutamist.Seejärel kontrolli NH₄⁺-ioonide eraldumise täielikkust klaasplaadil mõne tera klaaspulgaga tiiglist kraabitud kristallide peal Nessleri reaktiiviga.Kui tekib pruunikas värvus, tuleb aurutamist konts.HNO₃ abil korrata.

1. Kõigepealt tõesta ammooniumioonid.

2. Kui NH₄⁺-ioonid esinevad,tuleb nad enne K⁺-ioonide tõestamist kõrvaldada.

3. Ülejäänud ioonide määramise järjekord pole oluline (ositianalüüs).

II rühma katioonide tõestamine, eraldamine ja segu analüüs.

II rühma kuuluvad Ba⁺²,Sr⁺² ja Ca⁺².Nende o.-a. on püsiv, nad ei põhjusta ühendite värvust,paljud hapnikhapete soolad on vähelahustuvad (iseloomulik on sulfaatide väike lahustuvus). Ba⁺²-ioonid värvivad leegi kollakasroheliseks,Sr⁺²-ioonid karmiinpunaseks ja Ca⁺²-ioonid telliskivipunaseks.

On võimalik vaid pärast III,IV ja V rühma täielikku eraldamist.Rühmareaktiiviks on ammooniumkarbonaat (NH₄)₂CO₃ .Vajalik pH on 9,0-9,3 (ammooniumpuhver).Sadestamine toimub kuumast lahusest.Võta katseklaasi ~2 cm³ uuritavat lahust, lisa ammooniumpuhvrit ja kontrolli pH.Seejärel lisa sadestusreaktiiv (~2 cm³).Sega klaaspulgaga ja kuumuta (ettevaatust keemistõugetega! ).Tsentrifuugi (2 võrdselt täidetud tsentrifuugiklaasi! ).Kontrolli sadestamise täielikkust, vajadusel korda sadestamist. .Eralda sade (II rühm) tsentrifugaadist (I rühm). Pese sade dest. veega.Lahusta sade minimaalse koguse 2M etaanhappega CH₃COOH (vajadusel soojenda).Saadud lahust kasuta ioonide tõestamiseks.

Kaaliumkromaadi K₂CrO₄ toimel etanaatpuhvris (CH₃COOH+CH₃COONa, pH=4-5) tekib kollane kristalne BaCrO₄ sade.Võta klaasplaadile tilk uuritavat lahust,lisa tilk etanaatpuhvrit ja tilk reaktiivi.Kollase kristalse sademe teke (mis ei lahustu tilga etaanhappe CH₃COOH toimel) tõestab Ba⁺²-ioonide olemasolu.

Ba⁺² + CrO₄^-2 ® BaCrO_4¯

Ammooniumsulfaadi (NH₄)₂SO₄ küllastunud lahuse toimel tekib valge kristalne SrSO₄ sade.Reaktiivi lisada uuritava lahusega võrdne kogus!(Parema nähtavuse huvides võiks reaktsiooni läbi viia katseklaasis.)Segavad Ba⁺²-ioonid,mis tuleb eelnevalt kõrvaldada (vt. analüüsi käiku).

Sr⁺² + SO₄^-2 ® SrSO_4¯

1. 1M H₂SO₄ lahuse toimel tekib vähelahustuv CaSO₄ sade, mis eraldub nõeljate kristallikimpudena. Ühele tilgale uuritavale lahusele klaasplaadil lisa üks tilk 1M H₂SO₄ lahust. Oota,kuni tilga serv hakkab plaadil kuivama ja vaatle siis kristalle mikroskoobiga.Nõeljate kristallikimpude esinemine tõestab Ca⁺²-ioonide olemasolu.Segavad Ba⁺² ja Sr⁺²-ioonid, mis tuleb eelnevalt kõrvaldada (vt. analüüsi käik).

   Ca⁺² + SO₄^-2 ® CaSO_4¯

2. Ammooniumoksalaat (NH₄)₂C₂O₄ moodustab etanaatpuhvri keskkonnas (pH=4-5) valge kristalse kaltsiumoksalaadi sademe.Uuritavale lahusele lisa etanaatpuhver, kontrolli pH ja lisa reaktiiv.Valge kristalse sademe teke tõestab Ca⁺²-ioonide olemasolu.Segavad Sr⁺²-ioonid.

   Ca⁺² + C₂O₄^-2 ® CaC₂O_4¯

Toodud reaktsioonide abil on II rühma katioonide määramine süstemaatiline analüüs.

1. K₂CrO₄ abil tõesta Ba⁺².
2. Ba⁺²-ioonide olemasolu korral tuleb nad kõrvaldada uuritavast lahusest sadestamisel K₂CrO₄ abil.Selleks reguleeri etanaatpuhvri abil pH=4-5,lisa reaktiiv ja tsentrifuugi.Kontrolli sadestamise täielikkust, vajadusel lisa reaktiivi.Edasiseks analüüsiks kasuta tsentrifugaati.
3. (NH₄)₂SO₄ küllastunud lahuse abil tõesta Sr⁺².
4. Sr⁺²-ioonide olemasolu korral tuleb nad kõrvaldada uuritavast lahusest sadestamisel (NH₄)₂SO₄ küll. lahuse abil.Tsentrifuugi,kontrolli sadestamise täielikkust.Edasiseks analüüsiks kasuta tsentrifugaati.
5. Tõesta Ca⁺² olemasolu.

III rühma katioonide tõestamine,eraldamine ja segu analüüs.

III rühma kuuluvatest katioonidest käsitleme Al⁺³,Fe⁺²,Fe⁺³,Zn⁺² ja Cr⁺³ määramist.Püsiv o.-a. on Al ja Zn-ioonidel, muutuv o.-a. on Fe ja Cr-ioonidel.Vees hästilahustuvad on kloriidid,nitraadid ja sulfaadid, vähelahustuvad on hüdroksiidid, sulfiidid ja nõrkade hapnikhapete soolad.Al⁺³,Zn⁺² ja Cr⁺³ hüdroksiidid on amfoteersed ja lahustuvad NaOH ülehulgas , näiteks Al(OH)₃ + NaOH ® Na[Al(OH)₄].

III rühma katioonid moodustavad arvukalt kompleksühendeid.Enamikul ühenditel (v.a. Al ja Zn) on iseloomulik värvus.Lahustuvatel sooladel ja hüdroksiididel on tavaliselt järgmine värvus: Cr⁺³ - rohekas või violetne, Fe⁺³ - kollane või punakaspruun, Fe⁺² - kahvaturoheline.

III rühma katioonide eraldamine.

Rühmareaktiiv on (NH₄)₂S, mille toimel ammooniumpuhvri keskkonnas (pH=9,0-9,3) sadenevad III rühma sulfiidid ja Al⁺³ ning Cr⁺³ hüdroksiididena.Kuna ammooniumsulfiidi lahus saastub õhuga kokkupuutel, siis kasutatakse tioatseetamiidi CH₃CSNH₂ ja tekkiva reaktiivi meetodit.

NB! Kõik katsed tioatseetamiidiga teha tõmbe all!

Võta katseklaasi ~2 cm³ uuritavat lahust, lisa ammooniumpuhvrit ja kontrolli pH(=9,0-9,3).Lisa ~2 cm³ tioatseetamiidi lahust.Keeda ettevaatlikult (keemistõuked!) tõmbe all ~5 minutit.Tsentrifuugi ja kontrolli sadestamise täielikkust.Eralda sade (III rühm) tsentrifugaadist (I ja II rühm).Kui tsentrifugaat sisaldab II rühma katioone,tuleb lahus hapestada 2M HCl abil ja keeta kuni H₂S eraldumiseni (et vältida lahuse seismisel II rühma katioonide sadenemist sulfaatidena).Sade pese dest.veega (kolloidlahuse tekke vältimiseks lisa mõni tilk NH₄Cl lahust ja soojenda).Sade lahusta minimaalse koguse 2M HCl-ga soojendamisel (tõmbe all).Saadud lahust kasuta III rühma katioonide määramisel.Määramine on läbi viidav ositimeetodil, kuid antud juhendis valitud tõestusreaktsioonide puhul oleks soovitatav järgida allpool toodud järjestust.

Alumiiniumioonide Al⁺³ tõestamine.

Mõnele tilgale lahusele katseklaasis lisa ülehulgas 2M NaOH, pärast segamist eralda sade (kui see tekkis) tsentrifuugimisel.Tsentrifugaadile lisa mõni kristall tahket NH₄Cl ja kuumuta.Lahuse pH peab vähenema 9-ni. Al⁺³ olemasolu korral tekib värvusetu poolläbipaistev amorfne sade Al(OH)₃.

[Al(OH)₄] + H⁺ ® Al(OH)₃ ¯ + H₂O

Kui tekkinud Al(OH)₃ sade eraldada,siis tsentrifugaadist saab tõestada Zn⁺² (vt. Zn⁺² tõestamise 1. võimalus).

1. Al(OH)₃ sademe eraldamisel saadud tsentrifugaadi pH viiakse 0,6M HCl lahuse ettevaatliku lisamisega väärtuseni ~7.Zn⁺²-ioonide olemasolul laguneb eelmisel reaktsioonil tekkinud kompleksioon ja tekib sültjas värvusetu Zn(OH)₂ sade.

   [Zn(NH₃)₆]⁺² + 4H⁺ + 2H₂O ® Zn(OH)_2¯ + 6NH₄⁺

2. Sulfiidioonid S^-2 moodustavad valge ZnS sademe (lahuse pH=2).Lisa mõnele tilgale uuritavale lahusele tioatseetamiidi ja vii lahuse pH=2 naatriummetanaadi HCOONa abil.Keeda ~5 minutit.Valge sademe teke tõestab Zn⁺² olemasolu.

   Zn⁺² + S^-2 ® ZnS¯

Kaaliumheksatsüaanoferraat(III) K₃[Fe(CN)₆] e.punane veresool moodustab mõõdukalt happelises keskkonnas tumesinise vähelahustuva sademe (Turnbulli sinise).Reaktsioon on soovitav läbi viia filterpaberil.

3Fe⁺² + 2[Fe(CN)₆]^-3 ® Fe₃[Fe(CN)₆]_2¯

1. Kaaliumheksatsüaanoferraat(II) K₄[Fe(CN)₆] e.kollane veresool moodustab tumesinise vähelahustuva sademe (Berliini sinise).Reaktsioon on soovitav läbi viia filterpaberil.

   4Fe⁺³ + 3 [Fe(CN)₆]^-4 ® Fe₄[Fe(CN)₆]_3¯

2. Ammooniumtiotsüanaadi NH₄SCN toimel happelises lahuses moodustub veripunane kompleksühend.

   Fe⁺³ + 6SCN^- ® [Fe(SCN)₆]^-3

1. Ammooniumtiotsüanaadi NH₄SCN toimel happelises lahuses tekib punakasvioletne värvus [Cr(SCN)₆]^-3 ioonide tõttu.Tegelikult on tekkiv kompleksioon erepunane, mis on nähtav,kui lahusele lisada pentanooli C₅H₁₁OH ja loksutada (ekstraktsioon).Cr⁺³ olemasolul värvub pentanooli kiht punaseks. Määramist segavad Fe⁺³-ioonid, mis tuleb eelnevalt maskeerida, näiteks redutseerida Na₂SO₃ abil.

   Cr⁺³ + 6SCN^- ® [Cr(SCN)₆]^-3

2. Cr⁺³-ioonide oksüdeerimisel tugevalt aluselises keskkonnas vesinikperoksiidi H₂O₂ toimel moodustuvad kollased kromaatioonid CrO₄^-2.Lisa ~10 tilgale uuritavale lahusele katseklaasis 6M NaOH kuni tugevalt aluselise keskkonnani, seejärel lisa H₂O₂ lahust, sega ja soojenda.Tsentrifuugi.Tsentrifugaat on CrO₄^-2-ioonide tekke korral kollase värvusega.

   2Cr⁺³ + 3H₂O₂ + 10OH^- ® 2CrO₄^-2 + 8H₂O

IV rühma katioonide tõestamine,eraldamine ja segu analüüs.

IV rühma kuuluvatest katioonidest käsitleme Pb⁺²,Hg⁺² ja Cu⁺² määramist.Enamus nende sooli on vähelahustuvad Lahustuvad kloriidid,sulfaadid (erandiks Pb⁺²) ja nitraadid.Iseloomulik on kompleksühendite moodustamine.Lahustuvatest sooladest on iseloomulik Cu⁺²-soolade sinine või roheline värvus, teised on värvusetud.Lahustumatud ühendid on paljud värvilised. O.-a. on muutuv.Cu⁺²-ioonidele on iseloomulik sinakasroheline leekreaktsioon.

IV rühma katioonide eraldamine.

Rühmareaktiiviks on H₂S, pH=0,5 juures sadenevad IV rühma sulfiidid.H₂S mürgisuse tõttu kasutatakse tioatseetamiidi ja tekkiva reaktiivi meetodit.

Happeline lahus, mille saad pärast V rühma eraldamist , neutraliseeri NH₃ · H₂O abil (pH=4-7).Seejärel lisa tioatseetamiidi ja tekkinud lahuse ruumalaga võrdne kogus 0,6M HCl lahust.Sega ja keeda ~5 minutit tõmbe all (ettevaatust keemistõugetega!).Tsentrifuugi ja kontrolli sadestamise täielikkust.Eralda sade (IV rühm) ja tsentrifugaat (I-III rühm).Tsentrifugaat hapesta 2M HCl abil ja keeda H₂S eraldumiseni. Sadet pese soojendamisel NH₄Cl lahusega.Sademe lahustamist on kirjeldatud analüüsi käigu juures .

1. Metalse vase toimel redutseerub vaba elavhõbe.Puhasta sendi pind konts. HNO₃ abil ja tilguta sinna uuritavat lahust.Hg⁺² olemasolul moodustub sinna mõne aja möödudes hõbedaselt läikiv laik.

   Cu^o + Hg⁺² ® Cu⁺² + Hg^o

2. Kaaliumjodiidi KI lahja lahuse toimel tekib punane HgI₂ sade, mis lahustub jodiidioonide ülehulgas.

   Hg⁺² + 4I^- ® HgI_2¯ + 2I^- ® [HgI₄]^-2

1. Kaaliumjodiid KI moodustab erekollase PbI₂ sademe.Kui sademele lisada 2M CH₃COOH lahust ja soojendada,siis sade lahustub.Jahutamisel tekib uuesti opalestseeruv (pärlendav) sade.Segavad oksüdeerijad ja Cu⁺² ja Hg⁺²-ioonid.

   Pb⁺² + 2I^- ® PbI_2¯

2. Kaaliumkromaat K₂CrO₄ moodustab neutraalses või nõrgalt happelises keskkonnas kollase kristalse PbCrO₄ sademe.

   Pb⁺² + CrO₄^-2 ® PbCrO_4¯

Ammoniaakhüdraadi NH₃ · H₂O lahuse lisamisel sadeneb rohekassinine Cu(OH)₂, mis reaktiivi edasisel lisamisel lahustub ja tekib rukkilillesinine kompleksioon [Cu(NH₃)₄]⁺².

Cu⁺² + 4NH₃ · H₂O ® [Cu(NH₃)₄]⁺² + 4H₂O

IV rühma ioonide tõestamine on süstemaatiline analüüs järgnevas järjekorras.

1. Lisa tiiglis sademele 6M HNO₃ lahust (sademega võrdselt) ja kuumuta tõmbe all.Lahustuvad PbS ja CuS.Järele jääb HgS sade, võib tekkida ka vaba väävel S (kollaks või pruunikas kämp).Eralda sade ja tekkinud lahus.
2. Sadet töötle HgS lahustamiseks tiiglis kuningveega HNO₃+3HCl tõmbe all aurutades.Väävel ei lahustu ja visatakse ära.Saadud lahusest (vajadusel lisa vett) tõesta Hg⁺².
3. Lahusele, mille said 1. punktis, lisa tiiglis 3-4 tilka konts. H₂SO₄.Sadeneb PbSO₄.Auruta tõmbe all “valge suitsu” ilmumiseni.Eralda sade ja järgijäänud lahus (vajadusel lisa vett sademe pesemiseks).
4. PbSO₄ sade lahusta 30%-lise ammooniumetanaadi CH₃COONH₄ abil ja saadud lahusest tõesta Pb⁺².
5. Lahusest,mille said 3. punktis, tõesta Cu⁺².

V rühma katioonide tõestamine,eraldamine ja segu analüüs.

V rühma kuuluvad Pb⁺²,Ag⁺ ja Hg₂⁺². Iseloomulik on vähelahustuvate soolade ja mitmesuguste kompleksühendite moodustamine.Hästi lahustuvad nitraadid.Ühine tunnus on kloriidide vähene lahustuvus.Ag⁺ ja Hg₂⁺² moodustavad kompleksioone ammoniaagiga, millel on analüüsi seisukohalt oluline tähtsus.Mitmed ühendid on värvilised.

Rühmareaktiiv on 2M HCl, sadestatakse külmast lahusest. Pb⁺² sadeneb osaliselt, seetõttu on ta ka IV rühma koostises.Sadestamist tuleb läbi viia väikeste koguste sadestusreaktiivi lisamisega, sest HCl ülehulk põhjustab lahustuvate komplekside teket.

Lisa uuritavale lahusele veidi 2M HCl, sega ja hõõru klaaspulgaga mööda katseklaasi seinu.Tsentrifuugi.Lisa sademe kohal olevale lahusele veel veidi 2M HCl ja hõõru katseklaasi seinu klaaspulgaga.Kui tekib veel sadet, siis sega ja tsentrifuugi uuesti. Seda tegevust tuleb jätkata seni, kuni sadet enam juurde ei teki.Pärast viimast tsentrifuugimist eralda sade (V rühm) ja tsentrifugaat (I-IV rühm).Sademe pesemine ja lahustamine toimub analüüsi käigus.

Kloriidioonide toimel moodustub valge sade.

Ag⁺ + Cl^- ® AgCl¯

Ammoniaagilahuse toimel värvub Hg₂Cl₂ sade eralduva Hg tõttu tumedaks.

Hg₂Cl₂ + 2NH₃ · H₂O ® [HgNH₂]Cl¯ + Hg^o + NH₄Cl + 2H₂O

Plii(II)ioonide Pb⁺² tõestamine .vt. IV rühma juhendist.

V rühma katioonide tõestamine on süstemaatiline analüüs järgnevas järjekorras.

1. Sademele lisa võrdne kogus dest. vett , sega, soojenda. Mõne minuti pärast tsentrifuugi ja eralda sade.Tsentrifugaadist tõesta Pb⁺².
2. Kui Pb⁺² esineb, pese eelmises punktis eraldatud sadet dest. veega (vett võta rohkem) soojendamisel,kuni viimases pesuvees ei moodustu KI toimel kollast PbI₂ sadet (s.t. PbCl₂ on välja pestud).
3. Sademele, millest PbCl₂ on eraldatud, lisa 2M NH₃ · H₂O ja sega.Hg₂⁺² olemasolu korral värvub sade pikkamööda tumedaks.Lase sademel seista ~5 minutit,teda aeg-ajalt segades.Tsentrifuugi ja eralda sade.
4. Tsentrifugaadist tõesta Ag⁺.Selleks lisa 2M HNO₃ happelise keskkonnani.Kui tekib valge AgCl sade , on Ag⁺ tõestatud.

I - V rühma katioonide segu analüüs.

Eelkatsete käigus määratakse järgmised ioonid:

1. NH₄⁺ määramine gaasikambri meetodil.
2. Fe⁺² ja Fe⁺³ määramine kaaliumheksatsüaanoferraat(III) ja -(II) abil.
3. Na⁺ määramine leekreaktsiooniga.(Teiste ioonide puhul võimaldab leegi värvus vaid eeldada iooni olemasolu, mida tuleb analüüsi käigus tõestada.)

1. Värvuse puudumine - võib eeldada Cr⁺³ ja Cu⁺² puudumist.
2. Kollane või kollakaspruun värvus - võib eeldada Fe⁺³ olemasolu.
3. Kahvaturohekas värvus - võib eeldada Fe⁺² või Cu⁺² olemasolu.
4. Tumeroheline värvus - võib eeldada Cr⁺³ või Cu⁺² olemasolu.
5. Sinine värvus - võib eeldada Cu⁺² olemasolu.
6. Sinakasvioletne või lillakassinine värvus - võib eeldada Cr⁺³ olemasolu.

Vii läbi uuritava lahuse mõne tilgaga.

1. 2M HCl toime - sademe puudumine tõestab Ag⁺ ja Hg₂⁺² puudumise.
2. 1M H₂SO₄ toime - sademe puudumine tõestab Ba⁺²,Sr⁺² ja Pb⁺² puudumise.Sademe puudumisel lase lahuse tilgal klaasplaadil veidi kuivada ja vaata siis mikroskoobi all.Nõeljate kristallide puudumine tõestab ka Ca⁺² puudumise.

1. Eralda V rühm ja analüüsi sade.
2. Tsentrifugaadist eralda IV rühm ja analüüsi sade.I-III rühma lahus (uus tsentrifugaat) hapesta ja keeda H₂S eraldamiseks.
3. Tsentrifugaadist eralda III rühm ja analüüsi sade.I-II rühma lahus (uus tsentrifugaat) hapesta ja keeda H₂S eraldamiseks.
4. Tsentrifugaadist eralda II rühm ja analüüsi sade.
5. Analüüsi I rühm (tsentrifugaadist).

Anioonide kvalitatiivne analüüs.

Anioonide analüüs on teostatav suvalises järjekorras (ositianalüüs).Vaid mõne aniooni puhul on soovitatav kinni pidada kindlast järjekorrast.Anioone on võimalik jagada rühmadesse ühiste sadestusreaktsioonide (BaCl₂ ja AgNO₃ abil) või redoksreaktsioonide alusel.Kuna käesolevas juhendis on toodud vaid tähtsamate anioonide (SO₄^-2,CO₃^-2,SO₃^-2,PO₄^-3,SiO₃^-2,S^-2,Cl^-,Br^-,I^-,NO₂^-,NO₃^-) määramine, siis anioonide rühmadeksjaotamist ei käsitleta.

Eelkatsed anioonide analüüsil.

1. Määra lahuse pH.Kui lahus on happeline ja lõhnata, siis ei esine S^-2, SO₃^-2 ja NO₂^-.
2. Kui lahus on neutraalne, siis vii läbi gaaside eraldumise katse.Selleks auruta veidi lahust kuivaks (NB! Väldi kuivjäägi kuumutamist!) Seejärel lisa 1M H₂SO₄.Kui eraldub värvuseta lõhnata gaas, siis esinebCO₃^-2.Kui eraldub mädamunalõhnaga gaas, siis esineb S^-2.Kui eraldub põleva tikupea lõhnaga gaas, siis esineb SO₃^-2.Kui eraldub terava lõhnaga punakaspruun gaas, siis esineb NO₂^-.Kui eraldub samaaegselt mitu gaasi, siis on nende tuvastamine lõhna järgi raskendatud.Sel juhul tuleb arvestada teatud katsete jäjekorraga (vt. altpoolt ioonide määramise juurest; samas on ka reaktsioonivõrrandid). Gaaside eraldumise katset võib teha ka lahusega, kuid siis pole gaaside eraldumine nii hästi märgatav (gaasid lahustuvad vees).
3. Lahuse hapestamisel 1M H₂SO₄-ga :

Kaaliumpermanganaadi KMnO₄ lahuse toimel H₂SO₄ juuresolekul oksüdeeruvad jodiidioonid I^- vabaks joodiks I₂ ja bromiidioonid Br^- vabaks broomiks Br₂.

2MnO₄^- + 10I^- + 16H⁺ ® 5I₂ + 2Mn⁺² + 8H₂O

2MnO₄^- + 10Br^- + 16H⁺ ® 5Br₂ + 2Mn⁺² + 8H₂O

Kui lahusele lisada benseeni ja loksutada, siis I^- olemasolu korral värvub benseenikiht roosaks või punakaslillaks, Br^- olemasolul aga kollaseks või pruunuks. Kui lahus sisaldas I^-, siis tekib kõigepealt roosa või punakaslilla värvus.Et kõrvaldada I₂ segav mõju Br^- määramiseks, tuleb lisada portsjonite kaupa KMnO₄ lahust ja energiliselt loksutada.Selle tulemusena I₂ oksüdeerub värvusetuks ühendiks ja Br^- on määratav.

1. Gaaside eraldumise katses tekib mädamunalõhn; tegelikult on see juba tuntav neutraalse või nõrgalt aluselise lahuse puhul.

   S^-2 + 2H⁺ ® H₂S­

2. Hõbenitraadi AgNO₃ toimel tekib must Ag₂S sade.

   S^-2 + 2Ag⁺ ® Ag₂S¯

Gaaside eraldumise katses tekib punakaspruun terava lõhnaga gaas lämmastikdioksiid NO₂.

4NO₂^- + 4H⁺ + O₂ ® 4NO_2­ + 2H₂O

Määramist segavad I^- -ioonid.Nende kõrvaldamiseks uuritavast lahusest lisa lahusele (pH=7-9) AgNO₃ ja tsentrifuugi. NO₂^- tõesta tsentrifugaadi aurutusjäägist.

Gaaside eraldumise katses tekib põlevale tikule iseloomuliku lõhnaga gaas vääveldioksiid SO₂.

SO₃^-2 + 2H⁺ ® H₂O + SO_2­

Segavad NO₂^- -ioonid.Nende esinemise korral sadesta SO₃^-2 strontsiumnitraadi Sr(NO₃)₂ abil pH=9 juures.Pese sade ja tõesta sealt SO₃^-2.

Gaaside eraldumise katses tekib värvusetu ja lõhnatu gaas süsinikdioksiid CO₂.

CO₃^-2 + 2H⁺ ® H₂O + CO_2­

Segavad S^-2,SO₃^-2 ja NO₂^- -ioonid.Nende olemasolul oksüdeeri nad eelnevalt KMnO₄ lahuse abil (soojenda ja auruta kuivaks).

Uuritava lahuse hapestamisel eraldub sültjas ,pooleldi läbipaistev ränihappe H₂SiO₃ sade.Kolloidlahuse tekke vältimiseks kasuta lahuse hapestamisel tahket NH₄Cl.

SiO₃^-2 + 2H⁺ ® H₂SiO_3¯

Hapesta uuritav lahus võrdse koguse konts. HCl abil.Kui seejuures tekib sade, siis eralda see.Lisa lahusele baariumkloriidi BaCl₂ lahust.Sulfaatioonide olemasolul tekib valge baariumsulfaadi sade.

SO₄^-2 + Ba⁺² ® BaSO_4¯

Ammooniummolübdaat (NH₄)₂MoO₄ moodustab HNO₃ juuresolekul kollase kristalse ammooniummolübdaatofosfaadi sademe.Lisa mõnele tilgale uuritavale lahusele 1 tilk konts. HNO₃ ja 3-4 tilka (NH₄)₂MoO₄, sega.Sade tekib mõne minuti jooksul.Redutseerijad põhjustavad sinise või rohelise värvuse teket.Sel juhul tuleb uuritav lahus eelnevalt konts. HNO₃-ga kuivaks aurutada.

PO₄^-3 + 3H⁺ + 12(NH₄)₂MoO₄ + 21HNO₃ ® (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆] ¯ + 21NH₄NO₃ + 10H₂O

Uuritavale lahusele lisa 6M NaOH ja metalse tsingi või alumiiniumi tükike.Soojenda.Kui tekib ammoniaagi NH₃ lõhn, on NO₃^- tõestatud.Segavad NO₂^- -ioonid.Nende kõrvaldamiseks keeda eelnevalt uuritavat lahust NH₄Cl ülehulgaga, seejärel lisa NaOH ja keeda, kuni ammoniaagi lõhna kadumiseni (NaOH-ga tuleb keeta ka NH₄⁺ -ioonide olemasolu korral).Alles siis lisa metallitükike.

NO₃^- + 8H^o ® NH_3­ + 2H₂O + OH^-

Hõbenitraat AgNO₃ moodustab lämmastikhappelises lahuses valge AgCl sademe: Ag⁺ + Cl^- ® AgCl¯

Kuna AgNO₃ moodustab sademeid ka teiste anioonidega, siis toimi järgmiselt. Lisa analüüsitavale lahusele 2M HNO₃ happelise keskkonnani ning seejärel AgNO₃ lahust. Pärast sadestamise täielikkuse kontrolli eralda sade, pese see ja lisa sademele võrdne kogus (NH₄)₂CO₃. Sega, soojenda. Eralda sade tsentrifuugimisel,. Tsentrifugaat hapesta 2M HNO₃ abil. Valge sademe (mitte hägu!) teke tõestab Cl^- olemasolu.

Tahke aine kvalitatiivne analüüs.

1. Värvus:
   1. värvusetu - puuduvad kindlasti Fe⁺²,Fe⁺³,Cr⁺³,Cu⁺².

   2. sinine - tõenäoliselt on Cu⁺².

   3. roheline või rohekassinine - tõenäoliselt on Cu⁺²,Fe⁺² või Cr⁺³.

   4. kollakas - tõenäoliselt on Fe⁺³ või I^-.

2. Homogeensus (ühtlus) - võimaldab järeldada, kas on tegemist ühe ainega või mitme aine seguga.Soovitav vaadelda mikroskoobi all.

3. Lõhn - võimaldab eeldada mõnede nõrkade hapete anioonide esinemist.Kui on mädamunalõhn, siis tõenäoliselt on S^-2.Iseloomulik lõhn on ka leelismetallide jodiididel.

1. Leegi värvus - kasta puhastatud leeknõel HCl lahusesse ja seejärel ainesse.Leegi järgi tõestatakse Na⁺, ülejäänud ioonide leekreaktsioonid ei ole tõestamiseks piisavad.

2. Gaaside eraldumise katse 1M H₂SO₄ toimel võimaldab tõestada mitmeid anioone (vt. anioonide juhendist).Kindlasti tuleb tõestada CO₃^-2.

3. NH₄⁺ -ioonide tõestamine gaasikambriga.

4. Lahustuvuse määramine (võta katseklaasi veidi ainet ja lisa lahustit, võib veidi soojendada):

   1. vees : kui lahustub, siis ei saa olla Mg⁺²,II, III, IV ja V rühma katioone koos CO₃^-2, PO₄^-3 või SiO₃^-2 -ioonidega.Kui saadud lahuse pH > 10, on tegu nõrkade hapete leelismetallide sooladega.Kui pH < 7, on raskmetallide soolad.

   2. 2M HCl -s : kui lahustub, siis ei ole Ag⁺ ja Hg₂⁺², vähetõenäoline on Pb⁺² ja SiO₃^-2 esinemine (puudub V rühm).

   3. 1M H₂SO₄-s : kui lahustub, siis ei ole Ba⁺² ja Sr⁺², vähetõenäoline on Ca⁺²,Pb⁺² ja SiO₃^-2 esinemine (puudub II rühm).

5. Fe⁺² ja Fe⁺³ -ioonide tõestamine.

Analüüsiks võetakse umbes 0,2 - 0,5 g ainet, jättes ülejäänud osa varuks.Aine lahustatakse sobival meetodil.Kuna mitmed anioonid segavad katioonide analüüsi ja vastupidi, siis asendatakse kõik anioonid nitraatioonidega ja raskmetallide katioonid Na⁺-ioonidega. Selline asendamine viiakse läbi kolmes etapis.

1. Algul sadestatakse II - V rühma katioonid ja Mg⁺²-ioonid keetmisel Na₂CO₃ konts. lahusega vähelahustuvate karbonaatide või hüdroksiididena.Lahusesse jäävad leelismetallide katioonid ja amfoteerseid hüdroksiide moodustavate metallide katioonid ning anioonid vastavate hapete naatriumisooladena.NH₄⁺-ioonid lenduvad (peavad olema määratud eelkatsetes).

   Töö käik.Kalla 2 -5 cm³ analüüsitavat lahust tiiglisse ja lisa tahket Na₂CO₃ nii, et tekiks konts. lahus.Keeda tõmbe all umbes 5 minutit.Kontrolli keetmise ajal pH-d . See peab olema tugevalt aluseline.Kui ei ole, siis lisa veel Na₂CO₃.Keemisel aurustunud vee asendamiseks lisa aegajalt dest. vett.Pärast keetmist ja sademe eraldamist lahusest ning sademe pesemist kanna sade tsentrifuugiklaasist vähese hulga Na₂CO₃ lahuse abil tiiglisse tagasi ja korda keetmist (nii peaks tegema 3 - 4 korda).Tsentrifugaadiportsjonid kogu ühte katseklaasi, sade teise.Tsentrifugaadist tõesta K⁺-ioonid.

2. Amfoteerseid hüdroksiide moodustavad metallid sadestatakse saadud lahuse neutraliseerimisel HCl ja CH₃COOH abil.

   Töö käik.

   1. Võta lahuse üldkogusest umbes 10 tilka ja neutraliseeri (pH=6-8) 2M CH₃COOH abil. Kui tekib sade, siis eralda see, pese ja lisa esimeses punktis saadud sademele.Saadud lahusest tõesta Cl^-.

   2. Lahuse põhiosa neutraliseeri 2M HCl abil (pH=6-8).Kui tekib sade, siis eralda see, pese ja lisa esimese punktis saadud sademele.Saadud lahusest tõesta anioonid (v.a. Cl^- ja CO₃^-2) ositianalüüsil (vt. anioonide juhendist).

3. Eelmistes punktides saadud karbonaatide ja hüdroksiidide sade lahusta 2M HNO₃ abil soojendamisel.Tekkinud lahusest tõesta katioonid süstemaatilisel analüüsil (vt. katioonide I - V rühma segu analüüs).Pärast V - II rühma sadestamist saab järelejäänud lahusest tõestada veel Mg⁺².(Ülejäänud I rühma katioonid peavad olema juba tõestatud - NH₄⁺ ja Na⁺ eelkatsete käigus ja K⁺ lahusest, mis saadi esimeses punktis.)

Kvantitatiivne analüüs.

Kvantitatiivsel analüüsil määratakse aine koostisosade sisaldust (kontsentratsiooni).

Kaalanalüüsil eraldatakse proovi lahusest määratav koostisosa sademena, mille keemilist koostist tuntakse.Saadud sademe massist arvutatakse koostisosa sisaldus.Kaalanalüüsil eristatakse aine kaht kuju:

1. sadestuskuju,mis sisaldab määratavat iooni või elementi vähelahustuva ühendina (peab olema võimalikult vähelahustuv, moodustama suuri kristalle ning kergesti ja täielikult üle minema kaalumiskuju omavaks aineks).
2. kaalumiskuju saadakse sademe eelneval töötlemisel filtril, pesemisel ja kuivatamisel või kuumutamisel (peab olema kindla keemilise koostisega ja püsiv).

Näiteks Fe⁺³ sadestatakse NH₃ lahusega, saadakse Fe(OH)₃, mis on sadestuskuju.Kuumutamisel laguneb viimane Fe₂O₃ -ks, mis on kaalumiskuju.

Mahtanalüüsil määratakse kahe teineteisega reageeriva lahuse ruumala, kusjuures üks lahus sisaldab analüüsitavat ainet ja teise lahuse - töölahuse ehk titrandi - kontsentratsioon on teada.Vastavat protseduuri nimetatakse tiitrimiseks.Tiitrimise ajal määratakse reaktsiooni lõpumoment ehk ekvivalentsusmoment.Sõltuvalt tiitrimise ajal kulgevast reaktsioonitüübist eristatakse mitut mahtanalüüsi meetodit.Iga meetodit iseloomustavad vastavad töölahused, indikaatorid ja sobivad rakendusalad.Tähtsamad tiitrimisvõtted on otsene tiitrimine, tagasitiitrimine ja asendustiitrimine.Käsitleme lähemalt otsest tiitrimist neutralisatsioonimeetodil.

Neutralisatsionimeetodit kasutatakse hapete, leeliste ning mõningate soolade kontsentratsiooni, samuti ka vee kareduse määramisel.Titrantidena kasutatakse HCl, H₂SO₄, HNO₃,NaOH, KOH jt. Tugeva aluse tiitrimisel tugeva happega ja vastupidi toimub ekvivalentsusmomendil pH hüpe vahemikus 4 - 10.Selle määramiseks sobivad tuntud indikaatorid metüüloranz (pöördeala punasest kollaseks pH-vahemikus 3,1 - 4,4), lakmus (punasest siniseks, 5,0 - 8,0), fenoolftaleiin (värvusetust punaseks , 8,2 - 10,0) , metüülpunane (punasest kollaseks, 4,2 - 6,2) , neutraalpunane (punasest kollaseks, 6,8 - 8,0).

Tulemused arvutatakse järgmise valemi järgi:

N₁V₁ = N₂V₂

V₁ - uuritava lahuse ruumala (tavaliselt 10 cm³)

N₁- uuritava lahuse normaalsus

V₂ - töölahuse ruumala (mõõdetakse tiitrimise käigus büreti abil)

N₂ - töölahuse normaalsus (peab olema teada)

Normaalsus näitab lahustunud aine vaalide ehk gramm-ekvivalentide hulka 1 dm³ (1000 cm³) lahuses.Normaalsus on lahuse kontsentratsiooni väljendusviis, mida tänapäeval eriti ei kasutata, sest ta pole SI-süsteemne suurus, kuid tiitrimise tulemuste arvutamisel on teda mugav kasutada.

Gramm-ekvivalent on ainehulk, mis vastab 1 moolile teisele ainele (tavaliselt 1 grammile H-le).Ekvivalentmasse arvutatakse järgmiste valemite järgi:

E_hape = M_hape : H-aatomite arv

E_alus = M_alus : OH-ioonide arv

Näited : Väävelhappe puhul E = 98 : 2 = 49 g/vaal.

Seega 1M H₂SO₄ = 2N H₂SO₄.

Naatriumhüdroksiidi puhul E = 40 : 1 = 40 g/vaal

Seega 1M NaOH = 1N NaOH

1. Täida bürett töölahusega.Seejuures jälgi, et büreti otsik oleks lahusega täidetud.Märgi üles büreti algnäit.

2. Mõõda pipetiga kolbi (või keeduklaasi) kindel kogus uuritavat lahust (tavaliselt 10cm³) ja lisa tilk indikaatorit.

3. Lisa büretist töölahust uuritavale lahusele kuni indikaatori värvuse muutumiseni.Märgi üles büreti lõppnäit ja arvuta kulunud töölahuse ruumala.

4. Korda tiitrimist mitu korda, kusjuures enne ekvivalentsusmomendi saabumist lisa töölahust tilkhaaval.

5. Jäta välja äärmuslikud tulemused, leia ülejäänud tulemuste keskmine ja arvuta uuritava lahuse kontsentratsioon.

Füüsikalised ja füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid.

Füüsikalised ja füüskalis-keemilised analüüsimeetodid on sageli tundlikumad kui keemilised meetodid ja nõuavad vähem aega ning vähem aineid. Alljärgnevalt on lühidalt iseloomustatud mõningaid neist.

Põhineb aine kiirgusspektri (või neeldumisspektri) uurimisele.Analüüsitav proov ergastatakse (näiteks kaarleegis), prisma abil saadakse spekter.Kvalitatiivsel analüüsil on oluline, millised spektrijooned saadi, kvantitatiivsel analüüsil - spektrijoonte intensiivsus.

Uuritakse aine adsorptsiooni mitmesugustel adsorbentidel.Kromatograafial on palju alaliike.Väga levinud on gaaskromatograafia (eriti orgaaniliste ainete analüüsil).Põhineb lenduvate ainete erineval jaotumisel (kinnipidamisel) adsorbendi pinnal.Registreeritakse üksikute komponentide väljumine kolonnist. Kvalitatiivsel analüüsil on oluline väljumisaeg, kvantitatiivsel - "piigi" pindala (kõrgus).

On kvantitatiivse analüüsi meetod, mille puhul määratava aine hulga üle otsustatakse lahuse värvuse intensiivsuse järgi.Võrreldakse uuritava lahuse värvuse intensiivsust standartlahusega täpselt ühesugustes tingimustes.Kolorimeetrial on palju alaliike (seeriameetod, lahjendusmeetod, kolorimeetriline tiitrimine, ühtlustamismeetod jne.).

Uuritakse aine kristallide kuju ja värvust.

Mõõdetakse aine sulamistemperatuuri.

Uuritakse ultraviolettkiirguse poolt esile kutsutud helendust.

Terve rida erinevaid tiitrimismeetodeid (kulonomeetriline, potentsiomeetriline jne.)põhineb lahuste elektrijuhtivuse mõõtmisele.

Kvalitatiivse analüüsi praktikumi protokoll.

Töö nimetus …………………………………………………………

Lahuse number………. Kuupäev……………………

Nimi……………………………………… Klass……………

Väline kirjeldus…………………………………………………………

………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………….

pH………………………………………………………………………

Leegi värvus……………………………………………………………

Teised eelkatsed……………………………………………………….

…………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………