Allmän granskning av analyssubstansen
Analyssubstansen ska beskrivas detaljerat i analysdagboken (t.ex. lösningarnas och fällningarnas färger). Efter granskningen omskakas analyssubstansen försiktigt i ett provrör som tillslutits med en kork. Möjliga tilläggsobservationer (t.ex. CO2↑) antecknas. Lösningens pH-värde mäts med ett pH-papper. CO32–– och S2–-joner kan inte existera i sura lösningar. Prov som ska genomgå tester tas alltid med pipett ur ett nyligen omskakat provrör.
Analyssubstansens löslighetsprov
Katjonanalysen utförs i en homogen analyssubstanslösning. Detta betyder att om analyssubstansen innehåller en fällning, utförs löslighetsprov i följande ordning tills ett passligt upplösningsreagens hittas. För testerna används endast en liten mängd analyssubstans, som omrörs försiktigt och upphettas.
1. H2O
2. 2 M HCl
3. konc. HCl
4. 2,5 M HNO3
5. konc. HNO3
6. kungsvatten (1 del konc. HNO3 + 3 delar konc. HCl)
Lösligheten kan också testas i en NaOH- (t.ex. upplösning av PbSO4↓), NH3-, Na2S2O3– (upplösning av AgCl↓, AgBr↓ och AgI↓) och KI-lösning (upplösning av HgI2↓). Ett olösligt ämne (t.ex. BaSO4↓) kan göras lösligt genom att smälta det med en Na2CO3 och K2CO3 blandning i en porslinsdegel. När smältan svalnat löses dess anjoner upp i vatten och därefter katjonerna i syra.
Framställning av alkalisaltlösning och undersökning av ammonium
Anjonanalysen utförs före katjonanalysen, eftersom det ofta är enklare att påvisa katjoner då anjonerna är kända. Ofta kan anjoner påvisas direkt ur den ursprungliga analyssubstansen. Dock om den ursprungliga analyssubstansen inte löser sig i en rimlig volym av den syra som används i ett visst påvisningsprov, måste man avlägsna katjonerna före analysen. För detta ändamål framställs en s.k. alkalisaltlösning genom att koka den ursprungliga analyssubstansen med Na2CO3. Då fälls katjongrupperna I-IV och Mg2+ ut som karbonater, hydroxider och oxider, och NH4+ försvinner som NH3. Om ingen fällning bildas, betyder det oftast att analysen inte kan innehålla andra katjoner än NH4+, Na+ och K+.
I ett kokrör inkluderas 3 ml av den ursprungliga analyssubstansen, eller en passlig mängd fast substans och 3 ml vatten. 200-300 mg kristallvattenfritt Na2CO3 (en hög med storleken av en makaron, pH = 10) tillsätts. Blandningen upphettas i 10-20 min och rörs om med jämna mellanrum. Vatten tillsätts vid behov. I kokningens inledande skede förs ett fuktat pH-papper till kokrörets mynning. Om analysen innehåller NH4+-jonen, färgas pH-pappret blått på grund av frigjord NH3. Då fortsätts kokningen tills allt NH4+ försvunnit. Alkalisaltlösningen separeras från fällningen med centrifugering, och vatten tillsätts så totalvolymen uppgår till 3 ml. Också fällningen sparas!
Reaktion med natriumhydroxid och undersökning av ammonium
Man tar 0,5 ml analyssubstans i ett provrör, tillsätter 0,5 ml 2 M NaOH (lösningen basisk) och rör om. Man för ett fuktat pH-papper ovanför provrörets mynnin på ca 1 cm höjd medan man upphettar provröret i vattenbad. Om analysen innehåller NH4+-jonen, färgas pH-pappret blått på grund av frigjord NH3. Om fällning bildas i provröret, innehåller analysen en elle flera andra katjoner än NH4+, Na+ och K+. Den motsatta tolkningen är inte lika direkt eftersom en del av de andra katjonerna också kan kvarbli i lösningen under dessa förhållanden. Varje katjons beteende i reaktionen med natriumhydroxid framgår här. Närvaro av svaga syrors anjoner gör katjonerna svårlösligare.
Testet kan upprepas med ett lite större prov, lösa upp det och tillsätta därefter 0,1 M NaOH droppvis i exempelvis ett kokrör. Då kan man möjligen få reda på om det är en eller flera katjoner som faller ut. Dessutom ger fällningarnas färger och utfällnings-pH:n samt möjliga upplösningar i hydroxidöverskott antydan på vilka katjonerna kan vara.
Reaktion med svavelsyra
En liten portion av analyssubstansen löses upp i ett provrör (löslighetsprov). Till den homogena lösningen tillsätts 2,5 M H2SO4, följt av upphettning. Möjliga Pb2+-, Ba2+– och Sr2+-joner (i mycket koncentrerade lösningar också Ca2+) fälls ut som vita sulfater.
Lågreaktion och påvisning av natrium
Kromnickeltråden rengörs genom att först doppa den i en koncentrerad HCl-lösning och sen hetta upp den med en bunsenbrännare. En ren tråd färgar inte lågan. Den rengjorda tråden doppas i en blandning av den ursprungliga analyssubstansen och koncentrerad HCl (behöver inte nödvändigtvis vara en lösning), och förs in i lågan. Anteckna lågans färg.
|
Na |
Gul (syns ej genom koboltglas) |
|
|
K |
Violett (syns som en rosa låga genom ett koboltglas) |
|
|
Ca |
Tegelrött |
|
|
Sr |
Karminrött |
|
|
Ba |
Gulgrönt |
|
|
Cu |
Blågrönt |
|
|
Pb, Bi, Sb, As |
Blek färg |
|
Natrium påvisas med en lågreaktion!
Påvisning av kalium
1. Undersök alkalisaltlösningens lågreaktion genom ett koboltglas. Kaliumets lågreaktion kan också ses från den ursprungliga analyssubstansen. Dock kräver detta att analysen inte innehåller joner, vilkas kraftigare lågreaktioner övertäcker kaliumets svaga lågreaktion.
2. Till en droppe alkalisaltlösning (eller analyssubstans som löser sig i syra) tillsätts en droppe HClO4 och en droppe etanol. Analysen innehåller K+-joner om vitt KClO4↓ bildas. Om inte alkalisaltlösning används, bör det beaktas, att ammoniumjonen kan möjligen ge samma reaktion.
Reduktion av kaliumpermanganat
5 droppar av alkalisaltlösningen (eller det ursprungliga provet) överförs till ett provrör och surgörs med 2,5 M H2SO4. Till lösningen tillsätts en droppe 0,02 M KMnO4-lösning. Direkt reduktion av MnO4–-jonen med alkalisaltlösningen (den violetta färgen försvinner) betyder att någon/några av följande joner finns i analysen: S2-, Br–, I– ja AsO33−. Ifall färgen inte försvinner, upphettas lösningen ett par minuter. Då är det möjligt att oxalatjonens (eller ibland också Cl–-jonen) närvaro orsakar MnO4–-jonens reduktion. Om MnO4–-jonens färg inte försvinner, finns inga av de listade anjonerna med i analysen. Om ursprunglig analyssubstans används, stör inte en fällning som kvarstår efter svavelsyratillsatsen, men också kvicksilver(I), järn(II), amtimon och väldigt långsamt krom förorakar reduktion av MnO4–-jonen. Om provet gjordes med alkalisaltlösningen, bör det också göras med karbonatfällningen som bildades vid framställningen av alkalisaltlösningen. En portion av karbonatfällningen flyttas till ett provrör, och 1 ml 1 M H2SO4 tillsätts, följt av upphettning. En potentiell olöslig återstod separeras från filtratet med centrifugering. Till filtratet tillsätts ännu en droppe 0,02 M KMnO4 -lösning, följt av upphettning. Möjlig skingring av MnO4− -jonens färg antecknas.
Oxidation av difenylamin
I ett provrör sätts 1 droppe alkalisaltlösning (eller det ursprungliga provet) som surgörs med ett par droppar koncentrerad H2SO4. Ännu 1 droppe av difenylaminets svavelsyralösning tillsätts. Lösningen får en kraftig blå färg om den innehåller NO3–– eller AsO43--joner som oxiderar difenylamin. Om färgningen uteblir, betyder det att anjonerna inte kan finnas i analysen. Det motsatta är inte lika användbart, pga. också åtminstone Br– och I– kan genom katalytisk aktivering av luftens syre förorsaka en oxidation. Också om ursprunglig analyssubstans används, stör inte en fällning som kvarstår efter svavelsyratillsatsen, men också många katjoner förorsakar oxidation.