El análisis inorgánico cualitativo clásico es un método de química analítica que busca encontrar la composición elemental de compuestos inorgánicos . Se centra principalmente en la detección de iones en una solución acuosa , por lo que es posible que sea necesario llevar materiales en otras formas a este estado antes de utilizar métodos estándar. Luego, la solución se trata con varios reactivos para detectar reacciones características de ciertos iones, que pueden causar cambios de color, precipitación y otros cambios visibles. [1] [2]
El análisis cualitativo inorgánico es aquella rama o método de la química analítica que busca establecer la composición elemental de compuestos inorgánicos a través de diversos reactivos.
Según sus propiedades, los cationes suelen clasificarse en seis grupos. [1] Cada grupo tiene un reactivo común que se puede utilizar para separarlos de la solución . Para obtener resultados significativos, la separación debe realizarse en la secuencia especificada a continuación, ya que algunos iones de un grupo anterior también pueden reaccionar con el reactivo de un grupo posterior, lo que genera ambigüedad en cuanto a qué iones están presentes. Esto sucede porque el análisis catiónico se basa en los productos de solubilidad de los iones. A medida que el catión gana su concentración óptima necesaria para la precipitación, precipita y, por lo tanto, nos permite detectarlo. La división y los detalles precisos de la separación en grupos varían ligeramente de una fuente a otra; El siguiente es uno de los esquemas comúnmente utilizados.
El primer grupo analítico de cationes está formado por iones que forman cloruros insolubles . Como tal, el reactivo del grupo para separarlos es el ácido clorhídrico , utilizado habitualmente en una concentración de 1 a 2 M. No se debe utilizar HCl concentrado porque forma un complejo soluble ([PbCl 4 ] 2− ) con Pb 2+ . En consecuencia, el ion Pb 2+ pasaría desapercibido.
Los cationes más importantes del primer grupo son Ag + , Hg.2+
2y Pb 2+ . Los cloruros de estos elementos no se pueden distinguir entre sí por su color: todos son compuestos sólidos de color blanco. El PbCl 2 es soluble en agua caliente y, por tanto, puede diferenciarse fácilmente. El amoníaco se utiliza como reactivo para distinguir entre los otros dos. Mientras que el AgCl se disuelve en amoníaco (debido a la formación del ion complejo [Ag(NH 3 ) 2 ] + ), el Hg 2 Cl 2 da un precipitado negro que consiste en una mezcla de amida cloromercúrica y mercurio elemental. Además, el AgCl se reduce a plata bajo la luz, lo que da a las muestras un color violeta.
El PbCl 2 es mucho más soluble que los cloruros de los otros dos iones, especialmente en agua caliente. Por lo tanto, el HCl en concentraciones que precipitan completamente el Hg2+
2y Ag + puede no ser suficiente para hacer lo mismo con Pb 2+ . No se pueden utilizar concentraciones más altas de Cl − por las razones antes mencionadas. Así, un filtrado obtenido después del análisis del primer grupo de Pb 2+ contiene una concentración apreciable de este catión, suficiente para realizar la prueba del segundo grupo, es decir. formación de un sulfuro insoluble. Por este motivo, el Pb 2+ suele incluirse también en el segundo grupo analítico.
Este grupo se puede determinar agregando la sal en agua y luego agregando ácido clorhídrico diluido. Se forma un precipitado blanco al que luego se le añade amoníaco. Si el precipitado es insoluble, entonces está presente Pb 2+ ; si el precipitado es soluble, entonces hay Ag + , y si el precipitado blanco se vuelve negro, entonces Hg2+
2está presente.
Prueba de confirmación para Pb 2+ :
Prueba de confirmación de Ag + :
Prueba de confirmación de Hg2+
2:
El segundo grupo analítico de cationes está formado por iones que forman sulfuros insolubles en ácido . Los cationes del segundo grupo incluyen: Cd 2+ , Bi 3+ , Cu 2+ , As 3+ , As 5+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Sn 2+ , Sn 4+ y Hg 2+ . Pb 2+ suele incluirse aquí además del primer grupo. Aunque estos métodos se refieren a soluciones que contienen sulfuro (S 2− ), estas soluciones en realidad solo contienen H 2 S y bisulfuro (HS − ). El sulfuro (S 2− ) no existe en concentraciones apreciables en el agua.
El reactivo utilizado puede ser cualquier sustancia que proporcione iones S 2− en tales soluciones; Los más comúnmente utilizados son el sulfuro de hidrógeno (de 0,2 a 0,3 M), la tioacetamida (de 0,3 a 0,6 M). La adición de sulfuro de hidrógeno a menudo puede resultar un proceso engorroso y, por lo tanto, el sulfuro de sodio también puede servir para este propósito. La prueba con el ion sulfuro debe realizarse en presencia de HCl diluido. Su propósito es mantener la concentración de iones sulfuro en un mínimo requerido, para permitir la precipitación de cationes del segundo grupo solos. Si no se utiliza ácido diluido, puede ocurrir la precipitación temprana de cationes del cuarto grupo (si están presentes en solución), lo que lleva a resultados engañosos. Rara vez se utilizan ácidos además del HCl. El ácido sulfúrico puede provocar la precipitación de los cationes del quinto grupo, mientras que el ácido nítrico oxida el ion sulfuro en el reactivo, formando azufre coloidal.
Los precipitados de estos cationes son casi indistinguibles, excepto el CdS , que es de color amarillo. Todos los precipitados, excepto el HgS , son solubles en ácido nítrico diluido. El HgS es soluble únicamente en agua regia , que puede utilizarse para separarlo del resto. La acción del amoníaco también es útil para diferenciar los cationes. El CuS se disuelve en amoniaco formando una solución azul intenso, mientras que el CdS se disuelve formando una solución incolora. Los sulfuros de As 3+ , As 5+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Sn 2+ , Sn 4+ son solubles en sulfuro de amonio amarillo , donde forman complejos de polisulfuro .
Este grupo se determina agregando la sal en agua y luego agregando ácido clorhídrico diluido (para acidificar el medio) seguido de gas sulfuro de hidrógeno. Por lo general, se hace pasando sulfuro de hidrógeno sobre el tubo de ensayo para detectar cationes del primer grupo. Si se forma un precipitado de color marrón rojizo o negro, entonces está presente Bi 3+ , Cu 2+ , Hg 2+ o Pb 2+ . De lo contrario, si se forma un precipitado amarillo, entonces está presente Cd 2+ o Sn 4+ ; o si forma un precipitado marrón, entonces debe estar presente Sn 2+ ; o si se forma un precipitado rojo anaranjado, entonces está presente Sb 3+ .
Prueba de confirmación de cobre:
Prueba de confirmación de bismuto:
Prueba de confirmación de mercurio:
El tercer grupo analítico de cationes incluye iones que forman hidróxidos que son insolubles incluso en bajas concentraciones.
Los cationes del tercer grupo son, entre otros: Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+ y Cr 3+ .
El grupo se determina preparando una solución de la sal en agua y añadiendo cloruro de amonio e hidróxido de amonio. Se agrega cloruro de amonio para asegurar una baja concentración de iones de hidróxido.
La formación de un precipitado de color marrón rojizo indica Fe 3+ ; un precipitado blanco gelatinoso indica Al 3+ ; y un precipitado verde indica Cr 3+ o Fe 2+ . Estos dos últimos se distinguen por añadir hidróxido de sodio en exceso al precipitado verde. Si el precipitado se disuelve, se indica Cr 3+ ; en caso contrario, está presente Fe 2+ .
El cuarto grupo analítico de cationes incluye iones que precipitan como sulfuros a pH 9. El reactivo utilizado es sulfuro de amonio o Na 2 S 0,1 M añadido a la solución de amoníaco/cloruro de amonio utilizada para detectar cationes del grupo 3. Incluye: Zn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ y Mn 2+ . El zinc formará un precipitado blanco, el níquel y el cobalto un precipitado negro y el manganeso un precipitado de color ladrillo/carne. Se puede utilizar dimetilglioxima para confirmar la presencia de níquel, mientras que el tiocianato de amonio en éter se volverá azul en presencia de cobalto. Este grupo a veces se denomina IIIB ya que los grupos III y IV se prueban al mismo tiempo, siendo la única diferencia la adición de sulfuro.
El cuarto grupo analítico de cationes incluye iones que forman sulfuros que son insolubles en altas concentraciones. Los reactivos utilizados son H 2 S en presencia de NH 4 OH. NH 4 OH se utiliza para aumentar la concentración del ion sulfuro, mediante el efecto de ion común: los iones hidróxido de NH 4 OH se combinan con iones H + de H 2 S, lo que cambia el equilibrio a favor de la forma ionizada:
Contienen Zn 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ y Co 2+
Los iones del quinto grupo analítico de cationes forman carbonatos que son insolubles en agua. El reactivo habitualmente utilizado es (NH 4 ) 2 CO 3 (alrededor de 0,2 M), con un pH neutro o ligeramente básico. Todos los cationes de los grupos anteriores se separan previamente, ya que muchos de ellos también forman carbonatos insolubles.
Los iones más importantes del quinto grupo son Ba 2+ , Ca 2+ y Sr 2+ . Después de la separación, la forma más fácil de distinguir entre estos iones es probando el color de la llama: el bario da una llama de color amarillo verdoso, el calcio da una llama de color rojo ladrillo y el estroncio, un rojo carmesí.
Los cationes que quedan después de separar cuidadosamente los grupos anteriores se consideran en el sexto grupo analítico. Los más importantes son Mg 2+ , Li + , Na + y K + . Todos los iones se distinguen por el color de la llama: el litio da una llama roja, el sodio da una llama amarilla brillante (incluso en pequeñas cantidades), el potasio da una llama violeta y el magnesio es incoloro (aunque el magnesio metálico arde con una llama blanca brillante). El magnesio también se puede distinguir de otros cationes de este grupo añadiendo hidróxido de sodio para llevar el pH a 11 o más, lo que precipita selectivamente el Mg(OH) 2 .
El primer grupo de aniones está formado por CO.2-3
_, HCO−
3, CH 3 COO − , S 2 − , ASI QUE2-3
_, S
2oh2-3
_y no−
2. El reactivo para los aniones del Grupo 1 es ácido clorhídrico diluido (HCl) o ácido sulfúrico diluido (H 2 SO 4 ).
El segundo grupo de aniones está formado por Cl − , Br − , I − , NO.−
3y C
2oh2-4
_. El reactivo del grupo para el anión del Grupo 2 es ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 ).
Después de la adición del ácido, los cloruros, bromuros y yoduros formarán precipitados con nitrato de plata . Los precipitados son blancos, amarillo pálido y amarillo, respectivamente. Los haluros de plata formados son completamente solubles, parcialmente solubles o nada solubles en solución acuosa de amoníaco.
Los cloruros se confirman mediante la prueba del cloruro de cromilo . Cuando la sal se calienta con K 2 Cr 2 O 7 y H 2 SO 4 concentrado, se producen vapores rojos de cloruro de cromilo (CrO 2 Cl 2 ). Al pasar este gas a través de una solución de NaOH se produce una solución amarilla de Na 2 CrO 4 . La solución acidificada de Na 2 CrO 4 da un precipitado amarillo con la adición de (CH 3 COO) 2 Pb .
Los bromuros y yoduros se confirman mediante la prueba de capas . Un extracto de carbonato de sodio se elabora a partir de una solución que contiene bromuro o yoduro y CHCl 3 o CS.2se añade a la solución, que se separa en dos capas: un color naranja en el CHCl
3o CS
2La capa indica la presencia de Br − , y un color violeta indica la presencia de I − .
Los nitratos producen humos marrones con H 2 SO 4 concentrado debido a la formación de NO 2 . Esto se intensifica al agregar virutas de cobre. El ion nitrato se confirma agregando una solución acuosa de la sal a FeSO 4 y vertiendo lentamente H 2 SO 4 concentrado a lo largo de los lados del tubo de ensayo, lo que produce un anillo marrón alrededor de las paredes del tubo, en la unión de los dos líquidos. causado por la formación de Fe(NO)2+
. [3]
Tras el tratamiento con ácido sulfúrico concentrado, los oxalatos producen CO 2 y gases CO incoloros. Estos gases arden con una llama azulada y hacen que el agua de cal se vuelva lechosa. Los oxalatos también decoloran el KMnO 4 y dan un precipitado blanco con CaCl 2 .
El tercer grupo de aniones está formado por SO.2-4
_, correo postal3-4
_y BO3-3
_. No reaccionan ni con H 2 SO 4 concentrado ni diluido .
El análisis cualitativo inorgánico se utiliza ahora sólo como herramienta pedagógica . Las técnicas modernas, como la espectroscopia de absorción atómica y la ICP-MS , pueden detectar rápidamente la presencia y concentraciones de elementos utilizando una cantidad muy pequeña de muestra.
La prueba del carbonato de sodio (que no debe confundirse con la prueba del extracto de carbonato de sodio) se utiliza para distinguir entre algunos iones metálicos comunes, que precipitan como sus respectivos carbonatos. La prueba puede distinguir entre cobre (Cu), hierro (Fe) y calcio (Ca), zinc (Zn) o plomo (Pb). Se añade una solución de carbonato de sodio a la sal del metal. Un precipitado azul indica ion Cu 2+ . Un precipitado verde sucio indica ion Fe 2+ . Un precipitado de color marrón amarillento indica ion Fe 3+ . Un precipitado blanco indica ion Ca 2+ , Zn 2+ o Pb 2+ . Los compuestos formados son, respectivamente, carbonato básico de cobre , carbonato de hierro (II) , óxido de hierro (III) , carbonato de calcio , carbonato de zinc y carbonato de plomo (II) . Esta prueba se utiliza para precipitar el ion presente ya que casi todos los carbonatos son insolubles. Si bien esta prueba es útil para diferenciar estos cationes, falla si hay otros iones presentes, porque la mayoría de los carbonatos metálicos son insolubles y precipitarán. Además, los iones de calcio, zinc y plomo producen precipitados blancos con carbonato, lo que dificulta la distinción entre ellos. En lugar de carbonato de sodio, se puede agregar hidróxido de sodio , lo que da casi los mismos colores, excepto que los hidróxidos de plomo y zinc son solubles en exceso de álcali y, por lo tanto, pueden distinguirse del calcio. Consulte Análisis inorgánico cualitativo para conocer la secuencia completa de pruebas utilizadas para el análisis cualitativo de cationes.
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