Kationentrennungsgang

Definition

• Der Kationentrennungsgang ist eine Abfolge einzelner Reaktionen, während der Metalle und ihre Verbindungen qualitativ nachgewiesen werden. Er richtet sich nach der Löslichkeit der Chloride, Sulfide, Hydroxide und Carbonate in saurem oder alkalischem Medium.

Aufteilung

• Im Kationentrennungsgang werden vor den spezifischen Nachweisen auf einzelne Elemente diese mittels Gruppenreaktionen vorgetrennt. Dabei unterscheidet man folgende Element-Gruppen:
• HCl-Gruppe
  • Elemente die in Wasser und Säuren schwerlösliche Chloride bilden, wie Silber, Quecksilber(I), Blei, Thallium(I).
  • Außerdem werden zu dieser Gruppe Wolfram, Niob und Tantal gezählt, die aus saurer Lösung als schwerlösliche Oxidhydrate ausgefällt werden.
• Reduktionsgruppe
  • Metalle und Halbmetalle, die in saurer Lösung durch Hydrazin in den elementaren Zustand überführt werden. Dies sind Palladium, Platin, Gold, Selen und Tellur.
  • Die Prüfungen dieser Gruppe können bei Abwesenheit der Edelmetalle weggelassen werden, da Selen und Tellur auch in der H₂S-Gruppe nachgewiesen werden können.
• H₂S-Gruppe
  • Elemente, die in saurer Lösung schwer lösliche Sulfide bilden. Dazu gehören Kupfer, Cadmium, Quecksilber(II), Germanium, Zinn, Blei, Arsen, Antimon, Bismut, Selen, Tellur und Molybdän.
  • Einige dieser Verbindungen sind in gelbem (NH₄)S_x unter Bildung von Thiosalzen, bzw. den Thiosalzen analogen Verbindungen bei Selen und Tellur, löslich. Thallium(III) wird mit HI reduziert und an dieser Stelle als Thallium(I)-Iodid ausgefällt.
  • Diese Gruppe wird oft in Untergruppen unterteilt:
    • "Häufigere" Elemente
      • Elemente der Kupfergruppe, wie Quecksilber(II), Blei, Bismut, Kupfer und Cadmium, deren Sulfide allesamt in (NH₄)S_x nur schwer löslich sind.
      • Elemente der Arsen-Zinn-Gruppe, wie Arsen, Antimon und Zinn, deren Sulfide sich in (NH₄)S_x lösen.
    • "Seltenere" Elemente
      • Diese Untergruppe umfasst die Elemente Germanium und Molybdän, deren Sulfide in (NH₄)S_x löslich sind. Ebenfalls zu dieser Gruppe zählen Selen und Tellur, die sich im elementaren Zustand ebenfalls lösen und Thallium.
• Ammoniumsulfid-Urotropin-Gruppe
  • Elemente, die in ammoniakalischer Lösung schwerlösliche Sulfide oder Hydroxide bilden, wie Beryllium, Zink, Aluminium, Gallium, Indium, Scandium, Yttrium, Lanthan, Thorium, Uran, Titan, Zirkonium, Hafnium, Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt und Nickel, sowie eingeschränkt auch Niob und Tantal. Vanadium und Wolfram bilden in ammoniakalischer Ammoniumsulfid-Lösung Thiosalze, die nach Säurezusatz ausgefällt werden.
  • Eine Untereinteilung dieser Gruppe ist üblich
    • "Häufigere" Elemente
      • Oxidationsstufe +II, wie Cobalt, Nickel, Mangan und Zink
      • Oxidationsstufe +III, wie Eisen, Aluminium und Chrom
    • "Seltenere" Elemente
      • Beryllium, Gallium, Indium, Scandium, Yttrium, Lanthan, Thorium, Uran, Titan, Zirkonium, Vanadium, sowie unter bestimmten Bedingungen auch Wolfram, Niob und Tantal.
• Ammoniumcarbonat-Gruppe
  • Elemente, die durch die zuvor aufgeführten Gruppenreaktionen nicht ausgefällt wurden, in ammoniakalischer Ammoniumcarbonat-Lösung jedoch schwerlösliche Carbonate bilden, wie Calcium, Strontium und Barium.
• Lösliche Gruppe
  • Elemente, die von den bisherigen Gruppen nicht erfasst wurden, da sie dort keine Niederschläge bilden. Dazu gehören Elemente wie Magnesium, Natrium, Kalium, Lithium, Rubidium und Caesium.

Bemerkungen

• Der Kationentrennungsgang muss durch die Entfernung möglicher Störungen vorbereitet werden. Dies geschieht durch:
  • Abrauchen mit konzentrierter Schwefelsäure
    • Vorsicht! Durch zu starkes Abrauchen können folgende Stoffe vertrieben werden:
      • Arsenchlorid
      • Antimonchlorid
      • Zinnchlorid
      • Quecksilberchlorid
    • Vorsicht! Hexacyanoferrate können zerfallen, wodurch folgende Ionen entstehen:
      • Eisen(II)
      • Eisen(III)
      • Cyanid
  • Zusatz von Wasserstoffperoxid bei:
    • Chromat
    • Manganat
    • Nitrit
    • Oxalat
  • Zusatz von Ethanol / Methanol bei:
    • Borat
    • Chromat
    • Manganat

Ablauf

Säureschwerlösliche Gruppe

Salzsäure-Gruppe

Schwefelwasserstoff-Gruppe

Urotropin-Gruppe

Ammoniumsulfid-Gruppe

Ammoniumcarbonat-Gruppe

Lösliche Gruppe

Probe in HNO3 lösen

In die salpetersaure Analysenlösung HCl zugeben

In die salzsaure Lösung wird H2S eingeleitet und noch währenddessen mit Wasser langsam auf ca. das vierfache Volumen verdünnt.

Eisen(II) zu Eisen(III) oxidieren, bei Anwesenheit von PO43-, WO43-, VO43- mit FeCl3 versetzen und mit Urotropin fällen

Filtrat der Urotropinfällung ammoniakalisch machen, Ammoniumchlorid zugeben. Erhitzen und in der Hitze mit verdünnter, farbloser Ammoniumsulfid-Lösung versetzen.

Das Filtrat der Ammoniumsulfid-Gruppe mit HCl ansäuern, mit H2S verkochen, mit 2 mol/l Salzsäure aufnehmen und ammoniakalisch machen. Ammoniumcarbonat zusetzen und kochen.

Hg2Cl2 (weiß) AgCl (weiß) PbCl2 (weiß)

HgS (schwarz) CuS (schwarz) PbS (schwarz) MoS3 (schwarzbraun) Bi2S3 (braun) SnS2 (braun-orange) Sb2S3 (orange) CdS (gelb) As2S3 (gelb)

FePO4 (weiß) TiO2 (weiß) Al(OH)3 (weiß) (NH4)2U2O7 (gelb) Cr(OH)3 (grün) FeVO4 (rotbraun) Fe2(WO4)3 (rotbraun)

ZnS (weiß) MnS (rosa) Co2S3 (schwarz) CoS (schwarz) Ni2S3 (schwarz) NiS (schwarz)

BaCO3 SrCO3 CaCO3

Mg2+ Na+ K+ Li+

Mit heißem Wasser behandeln

Mit Ammoniumpolysulfid digerieren

In HCl lösen, mit Ether versetzen, die Ether-Phase verwerfen.

Essigsäure im Verhältnis 1:1 zusetzen bis zur sauren Reaktion

In Essigsäure lösen, Natriumacetat zusetzen und mit Kaliumdichromat fällen

Ammoniumsalze abrauchen und mit ammoniakalischer HgO-Lösung kochen

AgCl Hg2Cl2

Pb2+

Kupfergruppe

Arsengruppe

Die entstandene Lösung ist farblos, außer bei Anwesenheit von Cr3+ (grün) oder UO22+ (gelblich)

Co2S3 CoS Ni2S3 NiS ZnS

Mn2+

BaCrO4

Sr2+ Ca2+

Mg(OH)2

Na+ Li+ K+

Mit Ammoniak versetzen

HgS CuS PbS Bi2S3 CdS

AsS43- SbS32- SbS43- MoS42-

Neutralisieren und in eine Mischung von 30 % NaOH und H2O2 einfließen lassen.

Mehrmals mit einigen Tropfen HCl behandeln

Mit Ammoniak und Ammoniumcarbonat kochen

Hg Hg(NH2)Cl

[Ag(NH3)2]+

Mit 4 molarer Salpetersäure bei ca. 50 °C behandeln

Bis zur sauren Reaktion mit Salzsäure versetzen

TiO2 (weiß) Fe(OH)3 (rotbraun)

PO43- VO43- WO42- CrO42- (gelb) [Al(OH)4]- UO84- (orange)

Co2S3 CoS Ni2S3 NiS

Zn2+

CaCO3 SrCO3

HgS

Pb2+ Bi3+ Cu2+ Cd2+

As2S5 (gelb) Sb2S5 (orange) SnS2 (braungelb) MoS3 (schwarz)

Lösen in HCl

Mit HCl ansäuern, mit Na2S2O4 reduzieren und mit Natronlauge fällen

In 2 molarer Salzsäure lösen und mit Ammoniumsulfat-Lösung fällen

Mit konzentrierter H2SO4 eindampfen und nach dem Abkühlen mit 2 molarer Schwefelsäure aufnehmen

Mit 7 molarer Salzsäure versetzen

TiO2+ Fe3+ (gelbgrün)

PO43- [Al(OH)4]- WO42-

V(OH)3 Cr(OH)3 U(OH)4

SrSO4

Ca2+

PbSO4

Bi3+ Cu2+ Cd2+

As2S5 MoS3

Sb5+ Sn4+

In konz. NH3 und H2O2 geben

Mit Bariumchlorid fällen

In HCl lösen, mit Salpetersäure oxidieren, stark einengen mit 2 mol/l HCl verdünnen, KSCN hinzugeben und dreimal ausethern

Mit überschüssigem Ammoniak versetzen

Mit konzentrierter Ammoniumcarbonat-Lösung behandeln

Mit Eisen reduzieren

Fe(OH)3

Ti(O2)2+

Ba3(PO4)2 BaWO42-

[Al(OH)4]-

UO2(SCN)2

VO43- Cr3+

Bi(OH)3

[Cu(NH3)4]2+ [Cd(NH3)6]2+

MoS3

AsOS33- AsO43- AsS43-

Sb

Sn2+

Mit Natronlauge fällen

Bis zur Entfärbung Kaliumcyanid hinzugeben, anschließend mit Schwefelwasserstoff fällen

Cr(OH)3

VO43-

CdS

[Cu(CN)4]3-

Arbeitsanweisung

Stoff bleibt in Lösung

Stoff fällt aus

Bemerkung