Identyfikacja 4 grupy kationów: Ba, Ca, Sr
Czwarta grupa kationów (Ba2+, Ca2+, Sr2+) może być identyfikowana dzięki zachodzeniu następujących reakcji strącania:
– węglanów: są to białe osady, rozpuszczające się pod wpływem kwasów z wydzieleniem tlenku węgla(IV)
KSO dla: BaCO3 ~10-8, CaCO3 ~10-9, SrCO3 ~10-10;
– fosforanów: białe osady rozpuszczalne w kwasach
KSO dla: Ba3(PO4)2 ~10-30, Ca3(PO4)2 ~10-33, Sr3(PO4)2 ~10-31;
– siarczanów(VI) nierozpuszczalnych w kwasach
KSO dla: BaSO4 ~10-10, CaSO4 ~10-4, SrSO4 ~10-7;
– chromianów(VI): Ba2+ strąca żółty osad nierozpuszczalny w kwasie octowym, ale rozpuszczalny w rozcieńczonych HCl i HNO3, Sr2+ strąca żółty osad rozpuszczalny w kwasie octowym i rozcieńczonych HCl i HNO3, Ca2+ osadu nie strąca
KSO dla: BaCrO4 ~10-10, SrCrO4 ~10-5;
– fluorków nierozpuszczalnych w rozcieńczonych mocnych kwasach nieorganicznych
KSO dla: BaF2 ~10-7, CaF2 ~10-11, SrF2 ~10-9;
– szczawianów: białe krystaliczne osady; szczawian wapnia nie rozpuszcza się w kwasie octowym (odróżnienie od szczawianów baru i strontu); rozpuszczalne w rozcieńczonym HCl
KSO dla: BaC2O4 ~10-7, CaC2O4 ~10-9, SrC2O4 ~10-7
REAKCJE 4 grupy
Ba2+: Strącanie węglanu baru
Węglan baru strąca się jako biały osad. Rozpuszcza się w kwasach, ale nie należy używać kwasu siarkowego(VI), ponieważ strąci się siarczan(VI). Pod wpływem działania kwasu wydziela się tlenek węgla(IV) CO2 (bezwodnik kwasu węglowego).
Ba2+ + CO32- → BaCO3
BaCO3 + 2H+ → Ba2+ + CO2 + H2O
Ba2+: Strącanie siarczanu(VI) baru
Kwas siarkowy(VI) oraz rozpuszczalne siarczany(VI) strącają z roztworu zawierającego jony barowe drobnokrystaliczny biały osad. Jest to bardzo trudno rozpuszczalna sól (3mg/litr w 20oC). Nie rozpuszcza się on też w kwasach – dopiero przy bardzo dużych stężeniach i to nie całkowicie.
Ba2+ + SO42- → BaSO4
Ba2+: Strącanie szczawianu baru
Szczawian baru strąca się jako biały krystaliczny osad. Rozpuszcza się w kwasach mineralnych i kwasie octowym (na gorąco). Szczawian przechodzi w wodorosól:
Ba2+ + C2O42- → BaC2O4
BaC2O4 + H+ → Ba2+ + HC2O4–
Ba2+: Strącanie chromianu(VI) baru
Jony chromianowe(VI) i dichromianowe(VI) strącają żółty osad chromianu(VI) baru. Osad ten nie rozpuszcza się w kwasie octowym (w odróżnieniu od chromianu(VI) strontu) oraz w kwasach mineralnych.
Ba2+ + CrO42- → BaCrO4
2Ba2+ + Cr2O72-+ H2O → 2BaCrO4 + 2H+
Ca2+: Strącanie węglanu wapnia
Węglan wapnia strąca się jako biały bezpostaciowy osad. Rozpuszcza się w kwasach, ale nie należy używać kwasu siarkowego(VI), ponieważ strąci się siarczan(VI). Pod wpływem działania kwasu wydziela się tlenek węgla(IV) CO2 (bezwodnik kwasu węglowego).
Ca2+ + CO32- → CaCO3
CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + CO2 + H2O
Ca2+: Strącanie siarczanu(VI) wapnia
Kwas siarkowy(VI) oraz rozpuszczalne siarczany(VI) strącają z roztworu zawierającego jony wapniowe o dużym stężeniu biały osad. Łatwo rozpuszcza się on w kwasach mineralnych i kwasie octowym z utworzeniem wodorosoli:
Ca2+ + SO42- → CaSO4
CaSO4 + H+ → Ca2+ + HSO4–
Ca2+: Strącanie szczawianu wapnia
Szczawian wapnia strąca się jako biały krystaliczny osad. Rozpuszcza się w kwasach mineralnych, nierozpuszczalny w kwasie octowym. Szczawian przechodzi w wodorosól:
Ca2+ + C2O42- → CaC2O4
CaC2O4 + H+ → Ca2+ + HC2O4–
Sr2+: Strącanie węglanu strontu
Węglan strontu strąca się jako biały osad. Rozpuszcza się w kwasach podobnie jak węglan baru. Pod wpływem działania kwasu wydziela się tlenek węgla(IV) CO2 (bezwodnik kwasu węglowego).
Sr2+ + CO32- → SrCO3
SrCO3 + 2H+ → Sr2+ + CO2 + H2O
Sr2+: Strącanie siarczanu(VI) strontu
Kwas siarkowy(VI) oraz rozpuszczalne siarczany(VI) strącają z roztworu zawierającego jony strontu krystaliczny biały osad. Jest łatwiej rozpuszczalny (0.013g/litr w 20oC) od siarczanu(VI) baru (0.003g/litr w 20oC), ale mniej niż siarczan(VI) wapnia (2.4 g/litr w 20oC). Nieznacznie rozpuszcza się w kwasach.
Sr2+ + SO42- → SrSO4
Sr2+: Strącanie szczawianu strontu
Szczawian baru strąca się jako biały krystaliczny osad. Rozpuszcza się podczas ogrzewania w kwasach mineralnych i kwasie octowym. Szczawian przechodzi w wodorosól:
Sr2+ + C2O42- → SrC2O4
SrC2O4 + H+ → Sr2+ + HC2O4–
Sr2+: Strącanie chromianu(VI) strontu
Jony chromianowe(VI) strącają żółty osad chromianu(VI) strontu tylko ze stężonych roztworów. Osad ten rozpuszcza się w kwasie octowym (w odróżnieniu od chromianu(VI) baru) oraz w kwasach mineralnych – na filmie dodano HCl.
Sr2+ + CrO42- → SrCrO4
Ba2+, Ca2+, Sr2+: Działanie amoniaku
Roztwór wodny amoniaku NIE STRĄCA osadu wodorotlenku (w odróżnieniu od jonów ołowiu).
Ba2+, Ca2+, Sr2+: Strącanie fluorków
Roztwór wodny soli fluorkowych (NaH, KF) strąca fluorki baru, wapnia i strontu w postaci białych osadów. Fluorek baru (na nagraniu), w odróżnieniu od fluorków wapnia i strontu, nie rozpuszcza się w kwasie octowym.
Ba2+ + 2F– → BaF2
Ca2+ + 2F– → CaF2
Sr2+ + 2F– → SrF2
Odróżnienie od kationów 1 grupy
Kationy grupy 4 NIE strącają osadów:
-z chlorkami
-z siarczkami
-z jodkami
-z amoniakiem
Przykładowy problem identyfikacji w chemii analitycznej:
Zidentyfikuj, który kation czwartej grupy analitycznej znajduje się w próbce (obecny jest tylko jeden z nich):
1. W identyfikacji nie pomoże strącenie węglanów, fosforanów, fluorków i siarczanów – mają podobne właściwości. Tych reakcji zatem nie wykonujemy.
2. Wykorzystamy różnice w działaniu chromianów(VI) oraz szczawianów.
3. Przygotowujemy 2 probówki badanej analizy.
1) Do pierwszej probówki dodajemy K2CrO4. Jeśli strąci się żółty osad – mamy kation Ba2+ lub Sr2+. Jeśli osadu nie ma – obecny jest jon Ca2+. Do osadu dodajemy kwas octowy. Rozpuszczenie osadu świadczy o obecności jonu Sr2+. Jeśli osad się nie rozpuścił – obecne są jony Ba2+.
2) Aby potwierdzić brak jonów Ca2+ możemy przeprowadzić próbę z jonami szczawianowymi: do drugiej probówki dodajemy roztwór zawierający jony C2O42- i obserwujemy strącanie osadu. Dodajemy kwas octowy i ogrzewamy. Jeśli osad się roztworzył, potwierdza to brak jonów Ca2+, szczawian wapnia bowiem nie roztwarza się w kwasie octowym.
