定性無機分析

第1分析群の陽イオンは、不溶性の塩化物を形成するイオンから構成されます。そのため、これらのイオンを分離するための試薬は塩酸であり、通常は1 ～ 2Mの濃度で使用されます。濃塩酸はPb2 ⁺と可溶性の錯体（[PbCl4 _] 2− ^）を形成するため、使用してはなりません。その結果、Pb2 ⁺イオンは検出されません。

第1族で最も重要な陽イオンはAg⁺ ^、 Hg²⁺、Pb²⁺です。これらの_元素の塩化物は、^色では区別できません。すべて白色の固体化合物です。PbCl₂_{は熱水に溶ける}^ため_{、容易に区別できます。他の2つを区別するために、アンモニアが試薬として使用されます。AgCl はアンモニアに溶けますが (錯イオン [Ag( NH₃} ) _₂ ] ^⁺の形成による)、Hg₂Cl₂_はクロロ水銀アミド_と単体水銀の混合物からなる黒色の沈殿物を生成します。さらに、AgCl は光の下で銀に還元され、試料は紫色になります。

銀アンモニア錯体はビスマスイオンおよびヨウ化物と反応して、オレンジ色または茶色のAg ₂ BiI ₅沈殿物を生成する。^{[ 4 ]}

PbCl₂_は、特に温水では、他の2つのイオンの塩化物よりもはるかに溶解度が高い。そのため、Hg²⁺^と_Ag⁺を^{完全に沈殿させる濃度のHClでは、 Pb²⁺}を完全に沈殿させるには不十分な場合がある。前述の理由から、より高濃度のCl⁻を使用することはできない。したがって、Pb²⁺の第1グループ分析後に得られるろ液には^、この陽イオンがかなりの濃度で含まれており、第2グループの試験、すなわち不溶性硫化物の生成を行うのに十分な量である。このため、Pb²⁺^は通常、第2分析グループにも含まれる。

鉛イオンの特徴的な反応として、クロム酸イオンで処理すると黄色のクロム酸鉛沈殿物が形成される。この沈殿物はアンモニア（Cu(II)やAg(I)とは異なり）や酢酸（Cu(II)やHg(II)とは異なり）には溶解しない。 ^{[ 4 ]}

このグループは、塩を水に加えてから希塩酸を加えることで判定できます。白色の沈殿物が生成され、そこにアンモニアを加えます。沈殿物が不溶性であればPb ²⁺が存在し、溶解性であればAg ⁺が存在し、白色の沈殿物が黒色に変化すればHg ²⁺ ₂が存在します。

Hg ²⁺ ₂イオンは、塩化物イオンの存在下で酸化されて HgCl ₄ ^{2-になった後、} Cu ²⁺と I ⁻を加えると、特徴的な橙赤色の沈殿物Cu ₂ HgI ₄を形成する。^{[ 4 ]}

^{Pb2 +}の確認試験：

Pb ²⁺ + 2 KI → PbI ₂ + 2 K ⁺

Pb ²⁺ + K ₂ CrO ₄ → PbCrO ₄ + 2 K ⁺

^{Ag +}の確認試験：

Ag ⁺ + KI → AgI + K ⁺

2Ag ⁺ + K ₂ CrO ₄ → Ag ₂ CrO ₄ + 2 K ⁺

^{Hg 2+} ₂の確認試験：

Hg ²⁺ ₂ + 2 KI → Hg ₂ I ₂ + 2 K ⁺

2 Hg ²⁺ ₂ + 2 NaOH → 2 Hg₂ O + 2 Na⁺+ H₂O

第2 分析群の陽イオンは、酸不溶性硫化物を形成するイオンから構成されます。第 2 群の陽イオンには、Cd ²⁺、Bi ³⁺、Cu ²⁺、As ³⁺、As 5 ⁺、Sb ³⁺、Sb ⁵⁺、Sn ²⁺、Sn ⁴⁺、Hg ²⁺が含まれます。第 1 群に加えて、Pb ^{2+も通常ここに含まれます。これらの方法は硫化物 (S 2− ) を含む溶液を参照していますが、これらの溶液には実際には H} ₂ S と二硫化物(HS ⁻ )しか含まれていません。硫化物 (S ²⁻ ) は水中では有意な濃度では存在しません。

試薬としては、このような溶液中で S ^{2 −}イオンを生成する物質であれば何でも使用できます。最も一般的に使用されるのは硫化水素(0.2～0.3 M)、チオアセトアミド(0.3～0.6 M) です。硫化水素の添加は煩雑なプロセスとなることが多いため、硫化ナトリウムでも代用できます。硫化物イオンを用いた試験は、希塩酸の存在下で実施する必要があります。これは、硫化物イオン濃度を必要な最小値に保ち、第 2 族陽イオンのみが沈殿するようにするためです。希酸を使用しない場合、第 4 族陽イオン (溶液中に存在する場合) が早期に沈殿し、誤った結果につながる可能性があります。塩酸以外の酸はめったに使用されません。硫酸は第 5 族陽イオンの沈殿を引き起こす可能性があり、硝酸は試薬中の硫化物イオンを酸化してコロイド状硫黄を生成します。

これらの陽イオンの沈殿物は、黄色のCdSを除いてほとんど区別がつかない。HgSを除くすべての沈殿物は希硝酸に溶解する。HgS は王水にのみ溶解し、王水を用いて他のものから分離することができる。アンモニアの作用も陽イオンの区別に役立つ。CuS はアンモニアに溶解して濃い青色の溶液を形成するが、CdS は溶解して無色の溶液を形成する。As ³⁺、As ⁵⁺、Sb 3+ 、Sb ^{5 +}、Sn ²⁺、Sn ^{4+の硫化物は黄色の}硫化アンモニウムに溶解し、そこで多硫化物錯体を形成する。

このグループは、塩を水に加え、次に希塩酸（媒体を酸性にするため）を加え、続いて硫化水素ガスを加えることによって決定されます。通常、第1族陽イオンを検出するために、試験管に硫化水素を通すことによって行われます。赤褐色または黒色の沈殿物が形成される場合は、Bi ³⁺、Cu ²⁺、Hg ²⁺ 、または Pb ²⁺が存在します。それ以外の場合、黄色の沈殿物が形成される場合は、Cd ²⁺または Sn ⁴⁺が存在します。茶色の沈殿物が形成される場合は、Sn ²⁺が存在します。赤橙色の沈殿物が形成される場合は、Sb ³⁺が存在します。

Pb ²⁺ + K ₂ CrO ₄ → PbCrO ₄ + 2 K ⁺

銅の確認試験：

2 Cu ²⁺ + K ₄ [Fe(CN) ₆ ] + CH ₃ COOH → Cu ₂ [Fe(CN) ₆ ] + 4 K ⁺

Cu ²⁺ + 2 NaOH → Cu(OH) ₂ + 2 Na ⁺

Cu(OH) _₂ → CuO + H₂O _（吸熱反応）

（銅の非常に感度の高い別の試験法では、Cu ^{2+ が}Fe ³⁺イオンによるチオ硫酸イオンの酸化の触媒として機能するという事実を利用します。Cu ²⁺が存在しない場合、Fe ^{3+ は}酸化還元反応を起こさずに紫色の錯体 Fe(S ₂ O ₃ ) ₂ ⁻を形成します。添加したサンプルに Cu ²⁺が含まれている場合、溶液は急速に変色します。）^{[ 4 ]}

ビスマスの確認試験：

Bi ³⁺ + 3 KI (過剰) → BiI ₃ + 3 K ⁺

BiI ₃ + KI → K[BiI ₄ ]

Bi ³⁺ + H ₂ O (過剰) → BiO ⁺+ 2 H ⁺

(ビスマスイオンは酸性条件下でチオ尿素の存在下で明るい黄色の錯体 Bi( tu ) ₃₃₊^を形成することができ、これはCu2+ と I− の存在下で橙赤色の Bi(tu)3I3 _• Cu ⁽ tu ⁾ _3Iとして_沈殿することができ、これはビスマスの試験としても機能します。) ^{[ 4 ]}

水銀の確認試験：

Hg ²⁺ + 2 KI (過剰) → HgI ₂ + 2 K ⁺

HgI ₂ + 2 KI → K ₂ [HgI ₄ ] (赤色の沈殿物が溶解)

2 Hg ²⁺ + SnCl ₂ → 2 Hg + SnCl ₄ (白色沈殿物が灰色に変化)

(Hg ^{2+ は、Cu} ₂ HgI ₄の形成を介して検出される場合もあります。第 1 族陽イオンのHg ₂ ^{2+を参照してください。) [ 4 ]}

第3の分析対象陽イオン群には、低濃度でも不溶性の水酸化物を形成するイオンが含まれる。

第3族の陽イオンには、Fe ²⁺、Fe ³⁺、Al ³⁺、Cr ³⁺などがある。

このグループは、塩を水に溶かして溶液を作り、そこに塩化アンモニウムと水酸化アンモニウムを加えることで決定されます。塩化アンモニウムを加えるのは、水酸化物イオンの濃度を低く保つためです。

赤褐色の沈殿物の生成はFe³⁺の存在を示し^、ゼラチン状の白色沈殿物はAl³⁺^の存在を示し、緑色沈殿物はCr³⁺またはFe²⁺の存在を示します^。後者^の2つは、緑色沈殿物に過剰量の水酸化ナトリウムを加えることで区別できます。沈殿物が溶解すればCr³⁺の存在を示し、溶解し^なければFe²⁺^の存在を示します。

第 4 分析群の陽イオンには、pH 9 で硫化物として沈殿するイオンが含まれます。使用される試薬は、第 3 群陽イオンの検出に使用されるアンモニア/塩化アンモニウム溶液に添加される 0.1 M硫化アンモニウムまたは Na _{2 S です。これには、} Zn ²⁺、Ni ²⁺、Co ²⁺、およびMn ²⁺が含まれます。亜鉛は白色の沈殿物を形成し、ニッケルとコバルトは黒色の沈殿物を形成し、マンガンはレンガ色または肉色の沈殿物を形成します。ジメチルグリオキシムを使用してニッケルの存在を確認できますが、エーテル中のチオシアン酸アンモニウムはコバルトの存在下で青色に変化します。このグループは、硫化物の追加のみが異なる第 III 群と第 IV 群を同時にテストするため、IIIB と表記されることもあります。

_{これには、}高濃度では不溶性の硫化物を形成するイオンが含まれます。使用される試薬は、NH₄OH の存在下での H₂S です_。NH₄OHは_、共通イオン効果により硫化物イオンの濃度を高めるために使用されます。NH₄OH からの水酸化物イオンが_{H₂Sからの}^H⁺イオンと結合し、平衡がイオン化された形態に有利な方向にシフトします_。

H_2S​${\displaystyle {\ce {<=>>}}}$2 H ⁺+ S ²⁻

NH_4OH​${\displaystyle {\ce {<=>>}}}$NH ⁺ ₄ + OH ⁻

OH- + H ⁺${\displaystyle {\ce {<=>>}}}$H₂ O

これらはZn²⁺ 、 Mn²⁺ 、 Ni²⁺ 、^Co²⁺を^{含んでいます。}

第5分析群の陽イオンは、水に不溶性の炭酸塩を形成します。通常使用される試薬は、中性または弱アルカリ性のpHの（NH₄ _） ₂CO₃ _{（約0.2 M）です。前のグループの陽イオンの多くは不溶性の炭酸塩を形成するため、それらは}すべて事前に分離されます。

第5族で最も重要なイオンは、Ba ²⁺、Ca ²⁺、およびSr ²⁺です。分離後、これらのイオンを区別する最も簡単な方法は、炎の色を調べることです。バリウムは黄緑色の炎、カルシウムはレンガ色の炎、ストロンチウムは深紅色の炎を示します。

前のグループを注意深く分離した後に残った陽イオンは、第 6 分析グループに属すると考えられます。最も重要なのは、Mg ²⁺、Li ⁺、Na ⁺、K ⁺です。すべてのイオンは炎の色で区別されます。リチウムは赤い炎、ナトリウムは明るい黄色（微量でも）、カリウムは紫色、マグネシウムは無色です（ただし、マグネシウム金属は明るい白色の炎で燃焼します）。マグネシウムは、水酸化ナトリウムを加えて pH を 11 以上まで上げることで、選択的に Mg(OH) ₂を沈殿させることにより、このグループの他の陽イオンと区別することもできます。

第１の陰イオン群は、 CO ^{2 −} ₃、HCO ⁻ ₃、CH ₃ COO ⁻、S ^{2 −}、SO ^{2 −} ₃、Sから構成される。₂ O ^{2 −} ₃およびNO ⁻ ₂。第 1 族陰イオンの試薬は希塩酸 (HCl) または希硫酸 (H₂SO₄) です。

• _{炭酸塩は、希}硫酸と反応して二酸化炭素_（無色ガス_）を放出し、炭酸カルシウム（ _CaCO₃ ）の生成（炭酸化）により石灰水を白濁させるため、活発な発泡を起こします。過剰量の二酸化炭素を石灰水に通すと、炭酸水素カルシウム（Ca( _HCO₃ ) _₂）が生成されるため、白濁は消えます。
• _{酢酸塩は、希}硫酸で処理して加熱すると、酢酸（ _{CH₃COOH ）}のような酢臭を発する。_{黄色の塩化鉄(III)を加えると、}酢酸鉄(III)が生成するため、血のような赤色になる。
• _{硫化物は、希硫酸}で処理すると、硫化水素_特有の腐卵臭を発する。硫化物の存在は、酢酸鉛(II)紙を加えることで確認できる。酢酸鉛(II)紙は硫化鉛(PbS)の生成により黒色に変化する。また、硫化物は赤色のニトロプルシドナトリウム溶液を紫色に変色させる。
• 亜硫酸塩は希酸で処理すると、硫黄が燃えるような臭いのするSO₂ガスを発生させる。また、酸性化したK₂Cr₂O₇を_{オレンジ色}から_緑色に変化_させる。
• チオ硫酸塩は希酸で処理すると二酸化硫黄ガスを発生する_。さらに、硫黄の濁った沈殿物も生成する。
• _{亜硝酸塩は、希}硫酸と反応すると、赤褐色の二酸化窒素（NO₂ _{）の煙を発生させる。この煙は、}ヨウ化カリウム（KI）とデンプンの溶液を青色に変色させる。

第²の陰イオン群は、Cl⁻ ^、 Br⁻ ^、 I⁻、^NO₃⁻、_C⁻から構成される。₂ O ^{2 −} ₄。第 2 族陰イオンのグループ試薬は濃硫酸 (H₂SO₄) です。

酸を加えると、塩化物、臭化物、ヨウ化物が硝酸銀と沈殿物を形成する。沈殿物はそれぞれ白色、淡黄色、黄色である。生成したハロゲン化銀は、それぞれアンモニア水溶液に完全に溶解、部分的に溶解、または全く溶解しない。

塩化物はクロミルクロリド試験で確認されます。塩を K ₂ Cr ₂ O ₇と濃 H ₂ SO ₄で加熱すると、クロミルクロリド (CrO ₂ Cl ₂ ) の赤い蒸気が発生します。このガスを NaOH 溶液に通すと、Na ₂ CrO _{4の黄色い溶液が得られます。酸性化した Na 2} CrO ₄溶液に(CH ₃ COO) ₂ Pbを加えると、黄色の沈殿が生じます。

臭化物とヨウ化物は層試験で確認される。臭化物またはヨウ化物を含む溶液から炭酸ナトリウム抽出液とCHCl₃または_{CS₂を調製する}。_2を溶液に加えると、溶液は2つの層に分離し、CHCl3層₃またはCS₂^層はBr−の存在を示し、紫色はI−の存在を示し^ます。

硝酸塩は濃硫酸と反応_するとNO₂_の生成により褐色の煙を発する_。銅の削り屑を加えるとこの煙は強くなる。硝酸イオンの存在は、硝酸塩の水溶液をFeSO₄に加え、試験管の側面に沿って濃硫酸をゆっくりと注ぐことで確認できる_。この_{とき、 2つの液体の境界面に}Fe(NO) ₂⁺^の生成により褐色の輪が形成される。[ ^{5 ]​}

濃硫酸で処理すると、シュウ酸塩は無色の二酸化炭素（CO₂ _）と一酸化炭素（CO）ガスを発生する。これらのガスは青みがかった炎で燃焼し、石灰水を白濁させる。また、シュウ酸塩は過マンガン酸カリウム（KMnO₄ _{）を脱色し、塩化カルシウム（CaCl₂ ）}と反応して白色沈殿物を生成する。

第3の陰イオン群はSO ^{2 −} ₄、PO ^{3 −} ₄、BO ^{3 −} ₃から構成されます。これらは濃硫酸とも希硫酸とも反応_しませ_ん。

• _{硫酸塩はBaCl₂}と反応して_BaSO₄という白色沈殿物を生成するが、これは酸や塩基には溶けない。
• _{リン酸塩は、硝酸}とモリブデン酸アンモニウムを加えて溶液を加熱すると、黄色の結晶性沈殿物を生成する。
• _ホウ酸塩は、濃硫酸と_{エタノール}で点火すると、エチルボレートに特徴的な緑色の炎を発する。