6.11 - Analisis Kualitatif

Tujuan dan Pemerhatian Fizik

• Analisis kualitatif mengenal pasti kation dan anion dalam garam melalui sifat fizik dan kimianya.
• Gunakan bukti mengikut urutan: warna dan keterlarutan → tindakan haba dan ujian gas → ujian anion dan kation → ujian pengesahan.
• Keterlarutan mengecilkan kemungkinan tetapi tidak mengesahkan ion dengan sendirinya.
• Garam terlarutkan putih membentuk larutan tidak berwarna. Ion unsur peralihan lazimnya menghasilkan garam atau larutan berwarna:

Ion	Warna lazim pepejal/larutan
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$	Pepejal hijau; larutan hijau atau hijau muda
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$	Pepejal perang; larutan perang atau perang kekuningan
$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$	Larutan nitrat/sulfat biru; pepejal kuprum(II) klorida hijau membentuk larutan biru; karbonat hijau tak terlarutkan

Bukti daripada Pemanasan

• Baki hitam mencadangkan $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$; perang mencadangkan $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$; kuning panas/putih sejuk mencadangkan $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$; perang panas/kuning sejuk mencadangkan $\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}$.

• Air kapur keruh selepas pemanasan mencadangkan karbonat; gas perang berasid bersama oksigen mencadangkan nitrat; gas berbau sengit dan beralkali mencadangkan ammonium.

• Semua ini ialah inferens awal yang perlu disahkan secara kimia.

• Gas yang menyalakan semula kayu uji berbara mungkin menunjukkan nitrat atau $\mathrm{A}{\mathrm{g}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$; oksigen sahaja tidak mengesahkan nitrat.

Ujian Anion

Eksperimen 6.9 — mengenal pasti anion:

• Tujuan: mengenal pasti anion dalam larutan garam akueus.
• Hipotesis: anion boleh dikenal pasti daripada pemerhatian ujian kimia.
• Pemboleh ubah: jenis anion (dimanipulasikan), pemerhatian (bergerak balas), isi padu larutan garam (dimalarkan).
• Bahan: natrium karbonat, natrium klorida, natrium sulfat dan natrium nitrat; air suling, air kapur dan reagen ujian di bawah.
• Radas: tabung uji, pemegang dan rak, rod kaca, penitis, penyumbat dengan salur penghantar, spatula, bikar $100\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ dan silinder penyukat $10\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$.
• Prosedur:
  1. Larutkan setiap garam secara berasingan untuk menghasilkan $20.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ larutan.
  2. Masukkan bahagian $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ ke dalam empat tabung uji berasingan bagi empat ujian di bawah.
  3. Untuk karbonat, tambah $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ $\mathrm{HCl}$ $2.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$ dan alirkan gas ke air kapur.
  4. Untuk klorida, tambah $\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3$ $2.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$ berlebihan, kemudian $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ $\mathrm{AgN}{\mathrm{O}}_3$ $0.1\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$.
  5. Untuk sulfat, tambah $\mathrm{HCl}$ $2.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$ berlebihan, kemudian $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ $\mathrm{BaC}{\mathrm{l}}_2$ $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$.
  6. Untuk nitrat, tambah $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ setiap larutan ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ dan $\mathrm{FeS}{\mathrm{O}}_4$ $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$; goncang. Condongkan tabung, tambah beberapa titis ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ pekat perlahan-lahan melalui dinding dan tegakkan dengan perlahan.
• Langkah berjaga-jaga: tambah asid pekat dengan cermat; argentum nitrat menyebabkan tompok perang pada kulit.
• Kesimpulan: pemerhatian khusus mengenal pasti anion seperti yang dirumuskan di bawah.

Anion	Ujian / Pemerhatian positif / persamaan
$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}$	Tambah asid cair; alirkan gas ke air kapur; Pembuakan; air kapur keruh. $2{\mathrm{H}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}\to \mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
$\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$	Asidkan dengan $\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3$ cair berlebihan, kemudian tambah $\mathrm{AgN}{\mathrm{O}}_3$; Mendakan putih $\mathrm{AgCl}$. $\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to \mathrm{AgCl}$
$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4^{2-}$	Asidkan dengan $\mathrm{HCl}$ cair berlebihan, kemudian tambah $\mathrm{BaC}{\mathrm{l}}_2$; Mendakan putih $\mathrm{BaS}{\mathrm{O}}_4$. $\mathrm{B}{\mathrm{a}}^{2+}+\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4^{2-}\to \mathrm{BaS}{\mathrm{O}}_4$
$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$	Tambah ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ cair dan $\mathrm{FeS}{\mathrm{O}}_4$; tambah ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ pekat dengan cermat; Gelang perang nitrosilferum(II) sulfat pada sempadan

• Pengasidan menyingkirkan ion karbonat yang mengganggu sebelum ujian pemendakan klorida atau sulfat.

Ujian Kation dengan Natrium Hidroksida dan Ammonia

Eksperimen 6.10 — mengenal pasti kation:

• Tujuan: mengenal pasti kation dalam larutan akueus.
• Hipotesis: kation boleh dikenal pasti daripada pemerhatian ujian kimia.
• Pemboleh ubah: jenis kation (dimanipulasikan), pemerhatian (bergerak balas), isi padu larutan garam (dimalarkan).
• Bahan: natrium hidroksida dan ammonia $2.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$; larutan $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$ nitrat kalsium, magnesium, aluminium, zink dan plumbum(II), ferum(II) sulfat, ferum(III) klorida, kuprum(II) sulfat dan ammonium nitrat.
• Radas: tabung uji, pemegang dan rak, penitis, bikar $100\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$, kertas litmus merah, penunu Bunsen dan silinder penyukat $10\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$.
• Gunakan bahagian $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ larutan garam. Bagi ujian natrium hidroksida tanpa mendakan, panaskan dan uji gas dengan litmus merah lembap; gunakan bahagian baharu untuk ammonia.
• Kesimpulan: bandingkan warna mendakan dan keterlarutan dalam reagen berlebihan untuk mengenal pasti kation yang mungkin hadir; gunakan ujian pengesahan apabila pemerhatian bertindih.

Tambah beberapa titis reagen, catat warna mendakan, kemudian tambah reagen berlebihan dan catat keterlarutannya.

Kation	Dengan $\mathrm{NaOH}$ / Dengan $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$
$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$	NaOH: Mendakan putih, tidak larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Tiada mendakan
$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$	NaOH: Mendakan putih, tidak larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Mendakan putih, tidak larut dalam reagen berlebihan
$\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$	NaOH: Mendakan putih, larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Mendakan putih, tidak larut dalam reagen berlebihan
$\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$	NaOH: Mendakan putih, larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Mendakan putih, larut dalam reagen berlebihan menghasilkan larutan tidak berwarna
$\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}$	NaOH: Mendakan putih, larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Mendakan putih, tidak larut dalam reagen berlebihan
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$	NaOH: Mendakan hijau, tidak larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Mendakan hijau, tidak larut dalam reagen berlebihan
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$	NaOH: Mendakan perang, tidak larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Mendakan perang, tidak larut dalam reagen berlebihan
$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$	NaOH: Mendakan biru, tidak larut dalam reagen berlebihan; NH₃: Mendakan biru, larut dalam reagen berlebihan menghasilkan larutan biru tua
$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$	NaOH: Tiada mendakan; apabila dipanaskan, gas $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ yang dibebaskan menukarkan litmus merah lembap kepada biru. NH₃: Tiada mendakan

• Ion logam membentuk mendakan hidroksida, contohnya:

$\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{ak})+2O{\mathrm{H}}^{-}(\mathrm{ak})\to \mathrm{Zn}(\mathrm{OH}{)}_2(\mathrm{p})$

Ujian Pengesahan Kation

Eksperimen 6.11 — mengesahkan kation: tujuannya ialah mengesahkan $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$, $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$, $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$ dan $\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}$ dalam larutan akueus.

1. Tambah beberapa titis reagen Nessler kepada $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ larutan ammonium klorida.
2. Tambah beberapa titis kalium heksasianoferat(III), ${\mathrm{K}}_3\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}{)}_6$, kepada $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ larutan ferum(II) sulfat.
3. Kepada bahagian $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ larutan ferum(III) klorida yang berasingan, tambah kalium heksasianoferat(II), ${\mathrm{K}}_4\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}{)}_6$, atau kalium tiosianat, $\mathrm{KSCN}$.
4. Campurkan $2.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ larutan plumbum(II) nitrat dengan $1.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ larutan kalium iodida. Tambah $3.0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ air suling, panaskan dan sejukkan.

• Kesimpulan: pemerhatian khusus di bawah mengesahkan ion yang sepadan.

Ion	Reagen pengesahan / Pemerhatian
$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$	Reagen Nessler; Mendakan perang
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$	${\mathrm{K}}_3\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}{)}_6$; Mendakan biru tua
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$	${\mathrm{K}}_4\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}{)}_6$; Mendakan biru tua
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$	$\mathrm{KSCN}$; Larutan merah darah
$\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}$	$\mathrm{KI}$; Mendakan $\mathrm{Pb}{\mathrm{I}}_2$ kuning; larut dalam air panas dan berhablur semula apabila sejuk

• $\mathrm{KI}$ membezakan $\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}$ daripada $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$: plumbum menghasilkan mendakan kuning, aluminium tidak menghasilkan mendakan.

• ${\mathrm{K}}_4\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}{)}_6$ dengan $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ menghasilkan mendakan biru muda; ${\mathrm{K}}_3\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}{)}_6$ dengan $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$ menghasilkan warna perang kehijauan. Pemerhatian ini berbeza daripada ujian positif biru tua di atas.

Analisis Sistematik Garam Tidak Diketahui

1. Perhatikan warna pepejal.
2. Panaskan sedikit sampel dan uji sebarang gas; perhatikan warna baki semasa panas dan sejuk.
3. Tambah air suling kepada bahagian lain dan uji keterlarutan serta warna larutan.
4. Jika larut, bahagikan larutan kepada bahagian baharu untuk ujian kation dan anion.
5. Jika tidak larut di dalam air, tambahkan asid nitrik cair untuk memperoleh larutan akueus bagi ujian ion.
6. Gunakan keputusan awal untuk memilih ujian pengesahan; jangan kenal pasti garam daripada satu pemerhatian yang tidak khusus.