Esikokeet ja valmistelut

Analyysiaineen yleinen tarkastelu

Saatu analyysiaine kuvaillaan yksityiskohtaisesti analyysipäiväkirjaan (esim. liuosten ja saostumien värit). Tarkastelun jälkeen analyysiaine sekoitetaan huolellisesti ravistelemalla korkki koeputken suulla. Mahdolliset lisähavainnot (esim. CO₂­↑) kirjoitetaan muistiin. Liuoksen pH mitataan pH-paperilla. Happamassa liuoksessa ei voi esiintyä CO₃^2–– eikä S^2–-ioneja. Näytettä otetaan kokeita varten aina pipetillä juuri ravistellusta koeputkesta.

 

Analyysiaineen liuotuskokeet

Kationianalyysi tehdään liuokseksi saatetusta analyysiaineesta. Niinpä jos alkuperäinen analyysiaine sisältää saostumaa, tehdään ensin liuotuskokeita seuraavassa järjestyksessä, kunnes löydetään liuotusreagenssi. Testeissä käytetään vain vähän analyysiainetta, sekoitetaan huolellisesti ja kuumennetaan.

 

1. H₂O

2. 2 M HCl

3. väk. HCl

4. 2,5 M HNO₃

5. väk. HNO₃

6. kuningasvesi (1 osa väk. HNO₃ + 3 osaa väk. HCl)

 

Liukoisuutta voidaan kokeilla myös NaOH:iin (esim. PbSO₄:n↓ liukeneminen), NH₃:iin, Na₂S₂O₃:iin (AgCl:↓n, AgBr↓:n ja AgI↓:n liukeneminen) ja KI:iin (HgI₂↓:n liukeneminen). Liukenematon aine (esim. BaSO₄↓) saadaan liukenevaan muotoon sulattamalla se kiinteän Na₂CO₃:n ja K₂CO₃:n seoksen kanssa posliiniupokkaassa. Jäähtyneestä sulatteesta liuotetaan vedellä aineen anionit ja sitten hapolla kationit. 

 

Alkalisuolaliuoksen valmistaminen ja ammoniumin tutkiminen 

Anionianalyysi tehdään ennen kationianalyysiä, koska anionien tunteminen helpottaa yleensä kationien osoittamista. Usein anionien osoituskokeisiin voidaan käyttää suoraan alkuperäistä analyysiainetta. Jos alkuperäinen analyysiaine ei kuitenkaan liukene tutkittavan anionin osoituskokeessa käytettävään happoon (järkevään tilavuuteen), kationien poisto ennen analyysiä on tarpeen. Jos tarvetta ilmenee, tätä varten valmistetaan ns. alkalisuolaliuos keittämällä alkuperäistä analyysiainetta Na₂CO₃:n kanssa. Tällöin 1.–4. ryhmän kationit ja Mg²⁺ saostuvat karbonaatteina, hydroksideina ja oksideina ja NH₄⁺ poistuu NH₃­:na. Mikäli saostumaa ei muodostu, analyysi ei voi yleensä sisältää muita kationeja kuin NH₄⁺, Na⁺ ja K⁺.

 

Keittoputkeen otetaan 3 ml alkuperäistä analyysiainetta tai sopiva määrä kiinteää näytettä ja 3 ml vettä. Lisätään 200–300 mg kidevedetöntä Na₂CO₃:a (makaroonin kokoinen kasa, pH = 10). Seosta kuumennetaan 10–20 min välillä sekoittaen. Vettä lisätään tarvittaessa. Keittämisen alkuvaiheessa viedään keittoputken suun yläpuolelle kostutettu pH-paperi. Jos analyysissä on NH₄⁺-ioni, pH-paperi värjäytyy siniseksi vapautuvan NH₃­:n vaikutuksesta. Tällöin jatketaan keittämistä, kunnes kaikki NH₄⁺ on poistunut. Alkalisuolaliuos erotetaan saostumasta sentrifugoimalla ja siihen lisätään vettä siten, että kokonaistilavuudeksi tulee 3 ml. Myös saostuma säilytetään!

 

Reaktio natriumhydroksidin kanssa ja ammoniumin tutkiminen

Otetaan koeputkeen 0,5 ml analyysiainetta, lisätään 0,5 ml 2 M NaOH:a (liuos emäksiseksi) ja sekoitetaan. Kostutettu pH-paperipala viedään vesihauteessa kuumennettavan koeputken suun yläpuolelle noin 1 cm korkeudelle. Jos analyysissä on NH₄⁺-ioni, pH-paperi värjäytyy siniseksi vapautuvan NH₃:n vaikutuksesta. Koeputkeen muodostuva saostuma osoittaa, että analyysissä on yksi tai useampi muu kationi kuin NH₄⁺, Na⁺ ja K⁺. Päinvastainen tulkinta ei ole yhtä suoraviivainen, sillä osa muistakin kationeista voi olla myös liuoksessa näissä olosuhteissa. Jokaisen kationin käytös reaktiossa natriumhydroksidin kanssa käy ilmi täältä. Heikkojen happojen anionien läsnäolo tekee kationeista niukkaliukoisempia.

 

Koe voidaan toistaa ottamalla hieman suurempi näytemäärä, saattamalla se ensin liuokseksi ja lisäämällä sitten esim. keittoputkessa 0,1 M NaOH:a pisaroittain. Tällöin voidaan mahdollisesti saada selville, saostuuko yksi vai useampi kationi. Lisäksi saostumien värit ja saostumis-pH:t sekä mahdolliset liukenemiset hydroksidiylimäärään antavat viitteitä siitä, mitkä kationit voivat olla kyseessä.

 

Reaktio rikkihapon kanssa

Saatetaan pieni erä alkuperäistä analyysiainetta koeputkessa liuokseksi (liuotuskokeet). Liuokseen lisätään 2,5 M H₂SO₄:a ja kuumennetaan, jolloin mahdolliset Pb²⁺, Ba²⁺ ja Sr²⁺ (erittäin väkevissä liuoksissa myös Ca²⁺) saostuvat valkoisina sulfaatteina. 

 

Liekkireaktio ja natriumin tutkiminen

Krominikkelilanka puhdistetaan kastamalla se väk. HCl-liuokseen ja kuumentamalla kaasupolttimen liekissä. Puhdas lanka ei värjää liekkiä. Puhdistettu lanka kastetaan alkuperäisen analyysiaineen ja väk. HCl:n seokseen (ei tarvitse olla liuos), viedään liekkiin ja tarkastellaan liekin väriä.

 

Na	Keltainen (ei näy kobolttilasin läpi)
K	Violetti (näkyy kobolttilasin läpi vaaleanpunaisena)
Ca	Tiilenpunainen
Sr	Karmiininpunainen
Ba	Keltavihreä
Cu	Sinivihreä
Pb, Bi, Sb, As	Vaalea

Natrium osoitetaan liekkireaktiolla!

 

Kaliumin tutkiminen

1. Tarkastellaan alkalisuolaliuoksen liekkireaktiota kobolttilasin läpi. Kaliumin liekkireaktio näkyy myös alkuperäisestä analyysiaineesta olettaen, että se ei sisällä sellaisia ioneja, jotka peittävät omalla liekkireaktiollaan kaliumin heikon liekkireaktion.

2. Pisaraan alkalisuolaliuosta (tai happoon liukenevaa analyysiainetta) lisätään pisara HClO₄:a ja pisara etanolia. Jos muodostuu valkoinen KClO₄↓, analyysissä on K⁺-ioni. Ellei käytetä alkalisuolaliuosta, on otettava huomioon, että ammoniumioni saattaa antaa saman reaktion.

Kaliumpermanganaatin pelkistyminen

Otetaan 5 pisaraa alkalisuolaliuosta tai alkuperäistä analyysiainetta  koeputkeen ja tehdään happamaksi 2,5 M H₂SO₄:lla. Liuokseen lisätään pisara 0,02 M KMnO₄-liuosta. Jos MnO₄^–-ioni pelkistyy alkalisuolaliuoksella heti, on analyysissä jokin seuraavista anioneista: S^2-, Br^–, I^– ja AsO₃³⁻. Jos väri ei hävinnyt, liuosta kuumennetaan pari minuuttia. Tällöin mahdollisen oksalaatti-ionin (tai joskus myös Cl^–-ionin) läsnäolo aiheuttaa MnO₄^–-ionin pelkistymisen. Mikäli MnO₄^–-ionin väri ei hävinnyt, ei lueteltuja anioneja voi olla analyysissä. Jos käytetään alkuperäistä analyysiainetta, rikkihapon jälkeen jäävä saostuma ei haittaa, mutta myös Hg(I), Fe(II), Sb ja erittäin hitaasti myös Cr aiheuttavat MnO₄^–-ionin pelkistymisen.

 

Jos koe tehtiin alkalisuolaliuoksella, se tehdään lisäksi alkalisuolaliuoksen valmistuksessa syntyneellä karbonaattisaostumalla. Otetaan karbonaattisaostumaa koeputkeen, lisätään 1 ml 1 M H₂SO₄:a ja kuumennetaan. Mahdollinen liukenematon jäännös sentrifugoidaan erilleen suodoksesta. Suodokseen lisätään vielä pisara 0,02 M KMnO₄ -liuosta ja kuumennetaan. Mahdollinen MnO₄⁻ -ionin värin häviäminen kirjataan ylös.

 

Difenyyliamiinin hapettuminen

Koeputkeen otetaan 1 pisara alkalisuolaliuosta tai alkuperäistä analyysiainetta ja tehdään happamaksi parilla pisaralla väk. H₂SO₄:a. Lisätään vielä 1 pisara difenyyliamiinin rikkihappoliuosta. Jos analyysissä on NO₃^–– tai AsO₄^3--ioni, ne hapettavat difenyyliamiinin voimakkaan siniseksi. Jos värjäytymistä ei tapahdu, näitä anioneja ei voi olla analyysissä. Päinvastainen tulkinta ei ole yhtä hyödyllinen, sillä myös ainakin Br^–ja I^– voivat ilman happea katalyyttisesti aktivoimalla aiheuttaa hapettumisen. Jos käytetään alkuperäistä analyysiainetta, rikkihapon jälkeen jäävä saostuma ei haittaa, mutta monet kationit aiheuttavat hapettumisen.