1

Ćwiczenie 13

Analiza jakościowa wybranych kationów

występujących w preparatach kosmetycznych.

Literatura:

Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. T.1. Podstawy teoretyczne i analiza

jakościowa. Wyd. 10. PWN, Warszawa 2009

Kocjan R.: Chemia analityczna. Analiza jakościowa. Analiza klasyczna; tom 1, Wyd.1

PZWL, Warszawa, 2000.

Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, Białystok 2010, pod

redakcją E. Skrzydlewskiej.

Szmal Z., Lipiec T.: Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej. Wyd. VII

poprawione i unowocześnione PZWL, Warszawa, 1997.

Zakres materiału obowiązującego na ćwiczenie:

Znajomość warunków strącania osadów kationów grup I-V z odczynnikiem

grupowym. Umiejętność zapisywania równań reakcji chemicznych charakterystycznych dla

kationów grup I-V i reakcji rozpuszczania trudnorozpuszczalnych osadów powstałych w

wyniku w/w reakcji w dobrze rozpuszczalne sole. Znajomość poszczególnych etapów

identyfikacji kationów grupy I-V wraz ze znajomością równań reakcji. Znajomość

podstawowych obliczeń chemicznych (umiejętność obliczania/przeliczania stężeń

procentowych i molowych w oparciu o wzory).

Zagadnienia z wykładów poprzedzających ćwiczenie.

Analiza chemiczna jest to nauka stosowana, zajmująca się odkrywaniem i

formułowaniem praw, kryteriów i metod, pozwalających ustalić z określoną precyzją i

dokładnością, jakościowy i ilościowy skład wszelkiego rodzaju materiałów spotykanych w

przyrodzie lub wytwarzanych przez człowieka. Analiza chemiczna jest nauką

interdyscyplinarną, łączącą i wykorzystującą wiedzę innych dziedzin tj.: chemia, fizyka,

biologia i matematyka. Wielki wkład w rozwój nowoczesnej chemii analitycznej wniosły

dziedziny nowoczesnej techniki – elektronika, automatyka i informatyka.

Do podstawowych zadań analizy chemicznej należy ustalenie składu jakościowego i

ilościowego badanych substancji, co jest bardzo często konieczne w wielu dziedzinach nauk

przyrodniczych.

2

Analiza chemiczna dzieli się na:

analizę jakościową, która zajmuje się ustaleniem składu chemicznego badanej

substancji; podaje sposoby wykrywania pierwiastków, z jakich składa się substancja,

analizę ilościową, która zajmuje się oznaczaniem składu ilościowego substancji; podaje

sposoby oznaczania ilości (zawartości) pierwiastków wchodzących w skład badanego

związku

Klasyczną analizę jakościową można podzielić na analizę kationów i analizę anionów,

co w konsekwencji pozwala na ustalenie wszystkich składników nieorganicznych w

mieszaninie.

W celu ułatwienia/usystematyzowania analizy jakościowej, zarówno kationy jak i

aniony podzielono na grupy. Podział kationów oparty jest o reakcje z odczynnikami

grupowymi, w wyniku których powstają trudnorozpuszczalne osady (Tabela 1). Podział

anionów oparty jest natomiast o ich reakcje z jonami srebra (Ag+) i baru (Ba

2+) oraz

rozpuszczalność tych osadów w kwasach mineralnych.

3

Tabela 1. Podział kationów na grupy analityczne wg BUNSENA

Nr

grupy

Kationy Odczynnik

grupowy

Osady kationów z

odczynnikiem

grupowym

Uwagi

I

Ag+, Pb

2+, Hg2

2

HCl

AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 chlorki

nierozpuszczalne w

zimnej H2O i

rozcieńczonym HCl

IIA

Hg2+

, Pb2+

,

Cu2+

, Bi3+

, Cd2+

H2S

[AKT]*

środowisko

słabo kwaśne

(HCl)

CuS, Bi2S3, CdS

HgS, PbS

siarczki

nierozpuszczalne w

siarczku i

wielosiarczku amonu,

a także w zasadach,

nierozpuszczalne w

rozcieńczonych

kwasach

IIB

Sb3+

, Sb5+

Sn2+

, Sn4+

As3+

, As5+

H2S

[AKT]

środowisko

słabo kwaśne

(HCl)

Sb2S3, Sb2S5

SnS, SnS2

As2S3, As2S5

siarczki

rozpuszczalne w

siarczku i

wielosiarczku amonu,

a także w zasadach,

nierozpuszczalne w

rozcieńczonych

kwasach

III

Ni2+

, Co2+

Fe2+

, Fe3+

Mn2+

, Zn2+

Al3+

, Cr3+

(NH4)2S

[AKT]

środowisko

zasadowe

CoS, NiS

FeS, Fe2S3

MnS, ZnS

Al(OH)3, Cr(OH)3

siarczki lub

wodorotlenki

nierozpuszczalne w

H2O, rozpuszczalne w

rozcieńczonych

kwasach

IV

Ca2+

, Sr2+

, Ba2+

(NH4)2CO3

środowisko

zasadowe

(NH3·H2O,

NH4Cl)

CaCO3, SrCO3

BaCO3

węglany

rozpuszczalne w

rozcieńczonych

kwasach mineralnych

V

Mg2+

, K+, Na

+

NH 4

brak

odczynnika

grupowego

brak osadów nie wytrącają się z

poprzednimi

odczynnikami

grupowymi

*AKT – amid kwasu tiooctowego

4

ANALIZA KATIONÓW I GRUPY

Kationy I grupy: Ag+, Pb

2+, Hg2

2

Kationy tej grupy są bezbarwne, nie barwią też płomienia palnika.

Odczynnik grupowy 2M HCl

Kationy I grupy z jonami Cl- (chlorkowymi) tworzą nierozpuszczalne w wodzie i

rozcieńczonych kwasach białe osady chlorków: AgCl↓, PbCl2↓, Hg2Cl2↓. Rozpuszczalność

chlorków tej grupy jest różna. AgCl↓, Hg2Cl2↓ praktycznie są nierozpuszczalne w wodzie,

natomiast PbCl2↓ w zimnej wodzie rozpuszcza się słabo, w gorącej bardzo łatwo. Z powodu

rozpuszczalności PbCl2↓, jon Pb 2+

zaliczany jest także do II grupy kationów, gdzie strąca się

w postaci siarczku.

Chlorki kationów pozostałych grup analitycznych są łatwo rozpuszczalne w wodzie.

Poza azotanem (V) i siarczanem (VI) srebra również sole kationów I grupy są w

większości nierozpuszczalne. Metale tej grupy wykazują małą aktywność, a więc tworzą

połączenia nietrwałe, łatwo ulegające rozkładowi.

5

ANALIZA WYBRANYCH KATIONÓW

Reakcje charakterystyczne jonu Ag+ [0,1M AgNO3]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

HCl 2M NH3·H2O 2M

Na2S2O3 0,5M

Ag+

+ Cl– AgCl

AgCl+ 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + Cl

–

AgCl + 2S2O [Ag(S2O3)2]3–

+ Cl–

biały osad chlorku srebra (I) fioletowieje pod wpływem światła;

rozpuszcza się w amoniaku tworząc jon diaminasrebra (I),

AgCl rozpuszcza się również w roztworach tiosiarczanów

NaOH 2M

NH3·H2O 2M

HNO3 2M

2Ag+ + 2OH

– 2AgOH

Ag2O + H2O

Ag2O + 4(NH3·H2O)2[Ag(NH3)2]++2OH

–+3H2O

Ag2O + 2H+ 2Ag

+ + H2O

biały osad wodorotlenku srebra (I), nierozpuszczalny w nadmiarze

zasady, przechodzi w brunatny osad tlenku srebra (I), który

rozpuszcza się w amoniaku i kwasach dając bezbarwny roztwór; z

amoniakalnego roztworu tlenku srebra (I) po pewnym czasie wytrąca

się czarnobrunatny, łatwo wybuchający osad „srebra

piorunującego” (NH3)Ag-O-Ag(NH3) NH3·H2O 2M Ag

+ + NH3·H2O AgOH + NH4

+

2AgOH

Ag2O + H2O

biały osad wodorotlenku srebra, który przechodzi w brunatny osad

tlenku srebra (I), rozpuszczalny w amoniaku i kwasach

Na2HPO4 0,5M 3Ag++ 2

4HPO Ag3PO4 + H+ żółty osad fosforanu (V) srebra (I); rozpuszczalny w rozcieńczonym

kwasie azotowym (V), kwasie octowym i amoniaku

Symbol oznacza, że reakcja zachodzi na gorąco

Zastosowanie srebra w kosmetologii

Srebro ma działanie bakteriobójcze, bakteriostatyczne, antyseptyczne, sterylizujące i konserwujące. Związki srebra wykazują działanie lecznicze w niektórych

chorobach skóry, takich jak trądzik czy łojotokowe zapalenie skóry. Stosując srebro w określonych technikach masażu zaobserwowano pozytywne efekty wygładzania

naskórka. Ponadto stosuje się dodatek srebra do preparatów głównie w celu uzyskania perłowej barwy.

Najnowszym odkryciem są nanokoloidy srebra, które wykorzystywane są jako:

składniki kremów,

składniki płynów do płukania jamy ustnej, żeli antybakteryjnych, toników antybakteryjnych, płynów i żeli do kąpieli i po goleniu, szamponów,

składniki wody kolońskiej, wód toaletowych,

składniki chusteczek antybakteryjnych, chusteczek do demakijażu, chusteczek do higieny intymnej,

kosmetyki do walki z trądzikiem.

32

6

ANALIZA KATIONÓW II GRUPY

Kationy II grupy: IIA: Cu

2+, Hg

2+, Pb

2+, Bi

3+, Cd

2+

IIB: As3+

, As5+

, Sb3+

, Sb5+

, Sn2+

, Sn4+

Sole kationów tej grupy, z wyjątkiem Cu2+

, są bezbarwne.

Odczynnik grupowy H2S lub AKT (tioacetamid) w środowisku

kwaśnym (HCl)

Wytrącanie siarczków kationów II grupy przeprowadza się w środowisku słabo

kwaśnym. Większe stężenie kwasu może spowodować niewytrącenie lub też niecałkowite

wytrącenie siarczków łatwiej rozpuszczalnych: CdS↓, SnS↓. Przy mniejszym natomiast

stężeniu kwasu może wytrącić się ZnS↓ (z trzeciej grupy analitycznej). Środowisko kwaśne

może być spowodowane dodatkiem wyłącznie kwasu solnego, ponieważ kwas siarkowy

wytrąciłby osady siarczanów IV grupy, natomiast kwas azotowy utleniłby siarkowodór do

wolnej siarki.

Siarczki kationów II grupy analitycznej wykazują różny charakter kwasowo-

zasadowy, dzięki temu można je rozdzielić na podgrupy A i B. Siarczki podgrupy II A ,

HgS, PbS, CuS, Bi2S3, CdS posiadają charakter zasadowy i nie rozpuszczają się

w siarczku (NH4)2S i wielosiarczku amonu [(NH4)2S2] oraz w zasadach, rozpuszczają się

natomiast w HNO3, oprócz HgS, który rozpuszcza się tylko w wodzie królewskiej:

OH8NO4S3]HgCl[3HNO4HCl12HgS3 2

2

43

Siarczki podgrupy II B As2S3, As2S5, Sb2S3, Sb2S5, SnS, SnS2 są amfote-

ryczne i rozpuszczają się w [(NH4)2S2] i KOH z utworzeniem siarkosoli. SnS nie rozpuszcza

się w (NH4)2S2 i KOH.

Zamiast siarkowodoru do analizy kationów grup II i III można stosować roztwór

amidu kwasu tiooctowego (tioacetamid) – CH3CSNH2 (AKT). Związek ten rozpuszcza się

dobrze w wodzie i jest w roztworze trwały; ogrzany natomiast w środowisku kwaśnym lub

zasadowym hydrolizuje i rozkłada się z wydzieleniem H2S, który w chwili powstawania

wytrąca charakterystyczne osady właściwych siarczków. Reakcja hydrolizy przebiega

następująco:

CH3CSNH2 + 2H2O

CH3COO– + NH4

+ + H2S

CH3CSNH2 wytrąca ze słabo kwaśnych roztworów kationów II grupy, następujące

siarczki:

HgS, PbS, CuS osady czarne

Bi2S3, SnS osady brunatne

Sb2S3, Sb2S5 osady pomarańczowe

SnS2, CdS, As2S3, As2S5 osady żółte

7

Reakcje charakterystyczne jonu Cu2+

[0,2M CuSO4]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AKT* (odczynnik grupowy) + HCl 2M HNO3 2M

Cu2+

+ H2S CuS + 2H+

3CuS + 2NO 3

+ 8H+

3S + 3Cu

2+ + 2NO + 4H2O

brunatnoczarny osad siarczku miedzi (II);

rozpuszcza się na gorąco w 2M HNO3

NaOH 2M

HCl 2M

Cu2+

+ 2OH– Cu(OH)2

CuO + H2O

Cu(OH)2 + 2H+ Cu

2+ + 2H2O

niebieski osad wodorotlenku miedzi (II), podczas gotowania

przechodzący w czarny osad CuO; osad wodorotlenku jest

rozpuszczalny w 2M kwasie solnym i amoniaku

NH3·H2O 2M 2Cu2+

+ SO 4

2 + 2(NH3·H2O) Cu2(OH)2SO4 + 2NH 4

Cu2(OH)2SO4 + 8(NH3·H2O) 2[Cu(NH3)4]2+

+2OH–+SO 4

2 + 8H2O

jasnoniebieski osad hydroksosoli, rozpuszczalny w

nadmiarze amoniaku z powstaniem jonu kompleksowego

aminamiedzi (II) (roztwór niebieskofioletowy)

Zastosowanie miedzi w kosmetologii

Pierwiastek ten wchodzi w skład niektórych enzymów biorących udział w syntezie chlorofilu, jest także składnikiem ułatwiającym wprowadzenie żelaza do

hemoglobiny. Miedź katalizuje utlenianie grup SH prekeratyny, tworząc mostki disiarczkowe keratyny, bierze ona także udział w syntezie melaniny, naturalnego barwnika

skóry i włosów. Miedź w kosmetyce znalazła zastosowanie stosunkowo niedawno. Pierwiastek ten wchodzi w skład superoksydysmutazy (SOD), systemu znanego z dużej

efektywności w walce z wolnymi rodnikami. Charakteryzuje się właściwościami przeciwstarzeniowymi, uelastyczniającymi, dotleniającymi komórki skóry. Z tego też

powodu znajduje zastosowanie w preparatach przeznaczonych do pielęgnacji cery dojrzałej i zmęczonej. Ponieważ reguluje wydzielanie sebum, wykorzystywany jest w

kosmetykach przeznaczonych do pielęgnacji skóry tłustej. Wspomaga także pielęgnację skóry mieszanej, zapewniając matowienie miejsc z tendencją do przetłuszczania się. Miedź nanokoloidalna stosowana w kosmetyce, ponieważ:

wywiera działanie przeciwutleniające, zwalcza wolne rodniki i zapobiega procesom starzenia naskórka,

poprawia wygląd skóry i włosów oraz wzmacnia system odpornościowy,

wpływa korzystnie na syntezę elastyny i kolagenu,

ma znakomite zastosowanie jako składnik dezodorantów,

doskonale się sprawdza w kosmetykach przeciwgrzybicznych (preparaty do stóp) oraz jako środek metalizujący pigment,

może być stosowana jako dodatek dezynfekujący wodę w basenach kąpielowych.

8

ANALIZA KATIONÓW III GRUPY

Kationy III grupy: Fe

2+, Fe

3+, Mn

2+, Zn

2+, Al

3+, Cr

3+, Ni

2+, Co

2+

Odczynnik grupowy - (NH4)2S lub AKT w środowisku zasadowym

Pod wpływem działania odczynnika grupowego, w obecności amoniaku i chlorku

amonu, przy pH 8–9 wytrącane są siarczki lub wodorotlenki kationów III grupy:

CoS, NiS, FeS, Fe2S3 osady czarne

ZnS, Al(OH)3 osady białe

MnS osad cielisty

Cr(OH)3 osad zielonkawy

Siarczki i wodorotlenki III grupy są nierozpuszczalne w wodzie, natomiast łatwo

rozpuszczają się w rozcieńczonych kwasach mineralnych. Siarczki te mogą wytrącić się w

środowisku kwaśnym.

Dodatek salmiaku (NH4Cl) podczas wytrącania siarczków i wodorotlenków kationów

III grupy zapobiega powstawaniu roztworów koloidowych, jednocześnie zmniejsza stężenie

jonów OH- powstających w wyniku dodanego amoniaku, co powinno zapobiec wytrąceniu się

osadu Mg(OH)2 a ułatwia wytrącanie się Al(OH)3 i Cr(OH)3, które, ze względu na swój

charakter amfoteryczny w obecności nadmiaru jonów OH– mogłyby ulec rozpuszczeniu.

9

Reakcje charakterystyczne jonu Fe3+

[0,2M FeCl3]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AKT*(odczynnik grupowy)

NH3·H2O+NH4Cl 2M

HCl 2M

2Fe3+

+ 3S2–

Fe2S3

Fe2S3 + 6H+ 2Fe

3+ + 3H2S

3Fe2S3 + 12H+ 6Fe

2+ + 6H2S+ 3S

czarny osad siarczku żelaza (III), łatwo rozpuszczalny w kwasach, również w

kwasie octowym;

podczas reakcji rozpuszczania może zajść redukcja Fe3+

do Fe2+

i utlenienie S2–

do S (wydzielanie koloidalnej siarki)

NaOH 2M

HCl 2M

2Fe3+

+ 6OH– 2Fe(OH)3

Fe2O3 + 3H2O

Fe(OH)3 + 3H+ Fe

3+ + 3H2O

rdzawobrunatny osad wodorotlenku żelaza (III); który jest nierozpuszczalny w

nadmiarze odczynnika; łatwo rozpuszcza się w kwasach; podczas prażenia traci

wodę przechodząc w tlenek żelaza (III)

NH3·H2O 2M Fe3+

+ 3NH3 · H2O Fe(OH)3 + 3NH 4 rdzawobrunatny osad wodorotlenku żelaza (III) nierozpuszczalny w nadmiarze

amoniaku, osad wytrąca się ilościowo nawet w obecności soli amonowych

cofających dysocjację zasady amonowej, w przeciwieństwie do wodorotlenków

żelaza (II), cynku, manganu (II), kobaltu (II) i niklu (II)

Na2HPO4 0,5M Fe3+

+ HPO 42 FePO4 + H

+ żółtawy osad ortofosforanu (V) żelaza (III), rozpuszczalny w kwasach

nieorganicznych, nierozpuszczalny w kwasie octowym

Zastosowanie żelaza w kosmetologii

Działa antyutleniająco, jest składnikiem hemoglobiny, bierze udział w procesach przenoszenia tlenu praktycznie do wszystkich komórek. Uczestniczy w procesach

detoksykacji organizmu oraz regeneracji skóry właściwej. Żelazo jest niezbędnym składnikiem w syntezie kolagenu. Niedobór tego pierwiastka wiąże się z niedotlenieniem

organizmu, prowadzi do anemii, powoduje wypadanie włosów i kruchość paznokci. W preparatach kosmetycznych żelazo wspomaga regenerację skóry, a w postaci tlenkach

żelaza stosowany jest jako pigmenty podkładów do makijażu, pudrów, cieni do powiek i korektorów.

10

Reakcje charakterystyczne jonu Zn2+

[0,1M ZnSO4]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AKT*(odczynnik grupowy)

NH3·H2O + NH4Cl 2M

HCl 2M

Zn2+

+ S2–

ZnS

ZnS + 2H+ Zn

2+ + H2S

biały osad siarczku cynku;

rozpuszczalny w kwasach mineralnych, nie rozpuszcza się w kwasie

octowym

NaOH 2M

HNO3 2M

Zn2+

+ 2OH– Zn(OH)2

Zn(OH)2 + 2OH– [Zn(OH)4]

2–

Zn(OH)2 + 2H+ Zn

2+ + 2H2O

biały osad amfoterycznego wodorotlenku cynku, rozpuszcza się w

kwasach i zasadach

NH3·H2O 2M Zn2+

+ 2(NH3·H2O) Zn(OH)2 + 2NH 4

Zn(OH)2 + 4NH3 [Zn(NH3)4]2+

+ 2OH–

biały osad wodorotlenku cynku łatwo rozpuszczalny w nadmiarze

amoniaku z utworzeniem jonów kompleksowych tetraaminacynku

Zastosowanie cynku w kosmetologii

Cynk jest bardzo aktywnym pierwiastkiem, jego sole są trujące i mają właściwości bakteriobójcze. Jony cynku wpływają korzystnie na budowę włosów i skóry. Jego

niedobór powoduje zmiany skórne: łojotok i trądzik. Działa złuszczająco i wspomaga procesy leczenia. Do kosmetyków cynk wprowadzany jest w postaci bioaktywnych

kompleksów. Wpływa korzystnie na metabolizm kolagenu, odpowiada za wzrost włosów, paznokci i regenerację tkanek. Pierwiastek ten uczestniczy w wytwarzaniu

substancji regulujących między innymi funkcje wydzielnicze skóry, odpowiedzialne za ilość wytwarzanego sebum. Preparaty na jego bazie ułatwiają oczyszczanie skóry z

nagromadzonego łoju, przywracają jej naturalne pH, ściągają nadmiernie rozszerzone pory, łagodzą stany zapalne, zmniejszają skłonność skóry do powstawania zaskórników.

Związki cynku stosuje się:

w przypadku trądziku i łysienia plackowatego,

jako składnik maści, zasypek i past,

jest składnikiem kremów i maseczek kosmetycznych.

11

Reakcje charakterystyczne jonu Al3+

[0,2M Al(NO3)3]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AKT* (odczynnik grupowy)

+NH3·H2O + NH4Cl 2 M

2Al3+

+ 3S2–

+ 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S stężenie jonów OH–

powstałych w reakcji hydrolizy siarczku amonu jest

wystarczające do przekroczenia iloczynu rozpuszczalności Al(OH)3 i

powstaje biały galaretowaty osad wodorotlenku glinu (III); siarczek glinu

można otrzymać tylko w warunkach bezwodnych

NaOH 2M

HCl 2M

Al3+

+ 3OH– Al(OH)3

Al(OH)3 + OH– Al OH( )4

Al OH( )4 + H

+ Al(OH)3 + H2O

Al(OH)3 + 3H+ Al

3+ + 3H2O

biały galaretowaty osad wodorotlenku glinu (III) jest amfoteryczny, nie

rozpuszcza się w amoniaku (odróżnienie od cynku); rozpuszcza się w

kwasach i mocnych zasadach; po lekkim zakwaszeniu lub dodaniu NH4Cl

(zmniejsza stężenie OH–) ponownie wytrąca się wodorotlenek, który

rozpuszcza się w nadmiarze kwasu

NH3·H2O 2M Al3+

+ 3(NH3 · H2O) Al(OH)3 + 3NH 4

biały galaretowaty osad wodorotlenku glinu (III)

Na2HPO4 0,5M Al3+

+ HPO 42 AlPO4 + H

+ biały galaretowaty osad fosforanu (V) glinu rozpuszczalny w kwasach

mineralnych i roztworach wodorotlenków alkalicznych, nierozpuszczalny

w kwasie octowym

Zastosowanie glinu w kosmetologii

W kosmetykach stosuje się wyłącznie związki glinu, które nie przenikają przez naskórek, co warunkuje minimalną biodostępność tego pierwiastka.

Glin jest składnikiem:

kremów do opalania oraz dezodorantów,

produktów ochrony przeciwsłonecznej.

12

Reakcje charakterystyczne jonu Mn2+

[0,25M MnCl2]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

AKT* (odczynnik grupowy)

+NH3·H2O+NH4Cl 2M

O2 (z powietrza)

HCl 2M

Mn2+

+ S2–

MnS

4MnS + 3O2 + 6H2O 4 Mn(OH)3 + 4S

MnS + 2H+ Mn

2+ + H2S

cielisty osad siarczku manganu (II), który na powietrzu utlenia się

do brązowego Mn(OH)3; dodatek NH4Cl sprzyja powstawaniu

grubokrystalicznego osadu; MnS jest rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach mineralnych i w

kwasie octowym

NaOH 2M HCl 2M

Mn2+

+ 2OH– Mn(OH)2

Mn(OH)2 + 2H+ Mn

2+ + 2H2O

biały osad wodorotlenku manganu (II) nierozpuszczalny w

nadmiarze odczynnika, rozpuszczany w kwasach

NH3·H2O 2M

Mn2+

+ 2 NH3· H2O Mn(OH)2 + 2NH4+

biały osad wodorotlenku manganu (II)

Na2CO3 1M Mn2+

+ CO32-

MnCO3 MnCO3 + H2O Mn(OH)2 + CO2

biały osad węglanu manganu (II) rozpuszczalny w kwasach, po

ogrzaniu ulega hydrolizie z powstaniem wodorotlenku

Pb3O4 + st.HNO3 (reakcja Cruma)

2Mn2+

+ 5PbO2+ 4H+ 2MnO 4

+ 5Pb2+

+ 2H2O** po rozcieńczeniu wodą i ogrzaniu pojawia się fioletowe zabarwienie

roztworu na skutek utleniania w środowisku kwaśnym jonów Mn2+

do manganu (VII) Na2HPO4 0,5M 3Mn

2++ 2HPO 2

4 Mn3(PO4)2 + 2H+

biały osad fosforanu (V) manganu (II), rozpuszczalny w kwasie

octowym * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem

**wykonanie: do probówki wprowadza się kroplę badanej substancji i dodaje się 3 krople stężonego HNO3, ogrzewa i do gorącego dodaje się niewielką ilość Pb3O4, wstrząsa się; jeśli nie

zauważy się zmiany zabarwienia ponownie należy dodać Pb3O4, ogrzewać i wstrząsnąć; roztwór można rozcieńczyć wodą.

Zastosowanie manganu w kosmetologii

Mangan stosowany w preparatach kosmetycznych wspomaga działanie filtrów promieniochronnych. W połączeniu z biogenną dla naszego organizmu adenozyną

zaliczany jest do układów typu botox-like, które docierając do głębszych warstw skóry, hamują działanie impulsów nerwowych. Konsekwencją tego jest rozluźnienie

naprężonej skóry i ograniczony proces tworzenia się zmarszczek mimicznych w procesie tzw. miostarzenia.

13

ANALIZA KATIONÓW IV GRUPY

Kationy IV grupy: Ca

2+, Sr

2+, Ba

2+

Kationy tej grupy są bezbarwne.

Odczynnik grupowy (NH4)2CO3 w środowisku zasadowym

Odczynnikiem grupowym jest (NH4)2CO3 w środowisku zasadowym, który w

obecności amoniaku i chlorku amonu wytrąca z roztworów tych kationów białe osady

węglanów, nierozpuszczalne w wodzie a rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach.

Natomiast chlorki i siarczki kationów IV grupy dobrze rozpuszczają się w wodzie.

Chlorki wapnia, strontu i baru barwią płomień w sposób charakterystyczny dla

każdego pierwiastka. Lotne sole wapnia, wprowadzone (na druciku platynowym) do

płomienia palnika gazowego, barwią płomień palnika na kolor ceglastoczerwony, strontu na

kolor karmazynowoczerwony, a baru na kolor żółtozielony

Związki sodu i potasu barwią płomień palnika:

sole wapnia [Ca2+

] - kolor ceglastoczerwony,

sole strontu [Sr2+

] - kolor karmazynowoczerwony,

sole baru [Ba2+

] – kolor żółtozielony.

14

Reakcje charakterystyczne jonu Ca2+

[0,1M CaCl2]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

(NH4)2CO3 (odczynnik grupowy) 1M + NH3aq.+ NH4Cl 2M

HCl 2M

Ca2+

+ CO 32 CaCO3

CaCO3 + 2H+ Ca

2+ + CO2 + H2O

biały bezpostaciowy osad węglanu wapnia, który przy ogrzewaniu

przechodzi w krystaliczny, rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach;

najtrudniej rozpuszczalny w wodzie ze wszystkich węglanów

wapniowców; osad rozpuszcza się w mocnych kwasach

Na2CO3 1M Ca2+

+ CO 32 CaCO3 biały osad węglanu wapnia CaCO3

Na2HPO4 0,5M Ca2+

+ HPO 42 CaHPO4 biały kłaczkowaty osad wodorofosforanu (V) wapnia (środowisko

obojętne) rozpuszczalny w kwasach;

w obecności NH3 wytrąca się Ca3(PO4)2 rozpuszczalny w kwasach

mineralnych, nierozpuszczalny w kwasie octowym

H2SO4 stężony

(NH4)2SO4 nasycony

Ca2+

+ SO42 CaSO4

*

CaSO4 + (NH4)2SO4 2 4NH + 2

24 )SO(Ca

strąca się biały osad siarczanu wapnia CaSO4 2H2O rozpuszczalny

w kwasach mineralnych, w kwasie octowym i stężonym (NH4)2SO4 z

utworzeniem jonu kompleksowego (w odróżnieniu od BaSO4)

pręcik platynowy płomień palnika barwi się na kolor ceglastoczerwony

* w celu całkowitego zajścia reakcji należy potrzeć bagietą ściankę probówki

Zastosowanie wapnia w kosmetologii

Wapń działa antyalergicznie, koi podrażnioną skórę, hamuje stany zapalne. Niedobór wapnia objawia się zwyrodnieniem kości, próchnicą zębów, zaburzeniami

ukrwienia, bladością skóry, egzemą, wypadaniem włosów. Podawany doustnie lub w preparatach kosmetycznych (w postaci mleczanu lub wodoroasparaginianu) wspomaga

leczenie chorób alergicznych skóry, stanów zapalnych, niektórych egzem. Pierwiastek ten wykorzystywany jest również do regeneracji skóry suchej, zniszczonej, zwłaszcza

na tzw. skóry trądzikowej, którą wysusza i łagodzi.

Wapń jest składnikiem:

past do zębów,

kremów,

podkładów i pudrów.

15

ANALIZA KATIONÓW V GRUPY

Kationy V grupy: Mg2+

, K+, Na

+, NH4

Kationy tej grupy są bezbarwne.

Odczynnik grupowy brak

Kationy V grupy są bezbarwne, brak odczynnika grupowego. Chlorki, węglany i

siarczki sodu, potasu oraz amonu są rozpuszczalne w wodzie i dlatego nie strącają się w

żadnej innej grupie kationów. Wyjątek stanowi MgCO3↓, który jakkolwiek nie rozpuszcza się

w wodzie, został również zaliczony do V grupy analitycznej, ponieważ nie zostaje strącony w

warunkach strącania IV grupy.

Związki sodu i potasu barwią płomień palnika:

sole sodu [Na+] - kolor żółty,

sole potasu [K+] - kolor różowofioletowy.

Ponieważ brakuje odczynnika grupowego, wykrywanie poszczególnych pierwiastków

polega na stosowaniu reakcji charakterystycznych dla każdego z nich.

16

Reakcje charakterystyczne jonu Mg2+

[0,1M MgCl2]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

Na2CO3 1M powstają sole o zmiennym składzie

mMgCO3 · nMg(OH)2 · H2O

np. 5Mg2+

+ 5CO 32 + H2O 4MgCO3 · Mg(OH)2 + CO2

biały osad tetrawęglanu (IV) wodorotlenku magnezu (II)

rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach i nadmiarze

soli amonowych

NH3·H2O 2M Mg2+

+ 2NH3 · H2O Mg(OH)2* + 2NH 4

biały galaretowaty osad wodorotlenku magnezu, w

obecności jonów amonowych osad nie powstaje (nie

zostaje przekroczony iloczyn rozpuszczalności

Mg(OH)2)

NaOH 2M

NH4Cl 2M

Mg2+

+ 2OH– Mg(OH)2

Mg(OH)2 + 2NH 4 Mg

2+ + 2NH3 · H2O

biały galaretowaty osad wodorotlenku magnezu,

nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika,

rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach i nadmiarze

soli amonowych *strącenie niecałkowite

Zastosowanie magnezu w kosmetologii

Magnez wykazuje właściwości przeciwzapalne, antystresowe, przeciwdepresyjne. Dostarcza energii komórkom, regeneruje skórę, stanowi skuteczną barierę przed

atakiem wolnych rodników. Działa tonizująco, opóźnia procesy starzenia się, wspomaga przemianę materii. Jest skutecznym antyseptykiem, usuwa nieprzyjemny zapach

potu.

Magnez jest składnikiem:

pudrów, podkładów, cieni,

dezodorantów, zasypek przeciwpotowych,

kremów, pomadek, róży.

17

Reakcje charakterystyczne jonu NH4+ [0,5M NH4Cl]

Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji

NaOH 4M

Hg2(NO3)2 0,1M

NH 4

+ OH–

NH3 + H2O

4NH3 + 2Hg2(NO3)2 + H2O [OHg2NH2]NO3 +2Hg + 3NH4NO3

1) charakterystyczny zapach amoniaku

2) zmiana barwy zwilżonego wodą papierka

lakmusowego z różowej na niebieską

3) czernienie bibuły nasyconej azotanem (V) rtęci (I) na

skutek wydzielania metalicznej rtęci

18

IDENTYFIKACJA KATIONÓW

Cześć praktyczna:

Należy przeprowadzić reakcje charakterystyczne z odczynnikami grupowymi dla

poszczególnych kationów zawartych w tabeli 2a, a następnie z wybranymi odczynnikami

zawartymi w tabeli 2b. W tym celu każdą reakcję należy przeprowadzić w oddzielnej

probówce, poprzez wlanie kilku kropli badanego kationu i dodanie w przybliżeniu

równoważnej objętości odpowiedniego odczynnika. Należy zwrócić uwagę na barwę

wytrącającego się osadu lub inne objawy zachodzenia reakcji np. zapach, wydzielające się

pęcherzyki gazu.

19

Tabela 2a. Reakcje kationów z odczynnikami grupowymi

Odczynnik grupowy grupa I grupa II grupa III grupa IV grupa V

Ag+

Cu2+

Fe3+

Mn2+

Zn2+

Al3+

Ca2+

Mg2+

HCl 2M

AgCl biały osad,

ciemnieje na

świetle, rozp. w

NH3·H2O

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

AKT +HCl 2M

brak osadu

CuS

czarny osad

rozp. w

gorącym HNO3

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

AKT +NH3·H2O+NH4Cl 2M

brak osadu

brak osadu

Fe2S3 czarny osad

rozp. w HNO3

MnS

cielisty osad

rozp. w HNO3

ZnS biały osad

rozp.w HNO3

Al(OH)3 biały osad

rozp. w HNO3 i

NaOH

brak osadu

brak osadu

(NH4)2CO3 1M

+NH3·H2O+NH4Cl 2M

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

brak osadu

CaCO3

biały osad

rozp. w HNO3

brak osadu

20

Tabela 2b. Reakcje kationów z wybranymi odczynnikami

Odczynnik

charakterystyczny

grupa I grupa II grupa III grupa IV grupa V

Ag+

Cu2+

Fe3+

Mn2+

Zn2+

Al3+

Ca2+

Mg2+

NaOH 2M

Ag2O brunatny osad rozp. w HNO3 i

NH3·H2O

Cu(OH)2 niebieski osad rozp. w HNO3

i NH3·H2O

Fe(OH)3 rdzawo-

brunatny

osad rozp. w HNO3

Mn(OH)2 biały osad,

rozp. w HNO3

Zn(OH)2 biały osad

rozp. w NaOH i

HNO3

Al(OH)3

biały osad rozp. w HNO3 i

NaOH

Ca(OH)2

biały osad słabo rozp. w wodzie

Mg(OH)2 biały osad

rozp. w HNO3

i NH4Cl

NH3·H2O 2M

Ag2O brunatny osad

rozp. w

nadmiarze

NH3·H2O

Cu2(OH)2SO4 jasnoniebieski

osad rozp. w

nadmiarze

NH3·H2O

Fe(OH)3 rdzawo-

brunatny

osad rozp. w HNO3

nierozp. w

NH3·H2O

Mn(OH)2 biały

osad rozp. w HNO3

Zn(OH)2 biały osad

rozp. w

NH3·H2O

Al(OH)3

biały osad nierozp. w

NH3·H2O

brak osadu

Mg(OH)2 biały osad

rozp. w HNO3

Na2HPO4 0,5M

Ag3PO4 żółty osad

rozp. w HNO3

Cu3(PO4)2 biały osad

rozp. w HNO3

FePO4 żółto-biały

osad rozp. w HNO3

Mn3(PO4)2 biały osad

Zn3(PO4)2 biały osad

rozp. w NaOH

AlPO4

biały osad

nierozp. w CH3COOH

rozp. w HNO3 i

NaOH

CaHPO4

biały kłaczkowaty

osad rozp. w kwasach

Mg3(PO4)2 biały osad

rozp. w HNO3

nierozp. w

NH3·H2O

Barwa płomienia

brak barwy

zielona

brak barwy

brak barwy

brak barwy

brak barwy

ceglastoczerwona

brak barwy

21