miniatura|Determinació de l'existència de Brom i Iode, a partir del color resultant després d'afegir hexà Lanàlisi inorgànica qualitativa, també anomenada marxa sistemàtica o marxa analítica és un mètode de la química analítica per establir la presència d'algun element, compost, o fase en una mostra i, per tant, determinar la composició elemental dels compostos inorgànics que hi són presents. Això es fa mitjançant reaccions químiques en les que es produeixen compostos o sals de color únic i característic.
Descripció l'anàlisi inorgànica qualitativa se centra principalment en la detecció d'ions en una solució aquosa, per tant en els materials que es trobin en altres formes cal portar-los a aquest estat abans de fer servir els mètodes estàndard. La solució és tractada amb diversos reactius per provar les reaccions característiques de certs ions, que poden causar la formació de compostos o sals de color únic i característic, la formació de compostos insolubles que precipitin o també poden causar altres canvis visibles. Durant l'anàlisi, es pot distingir entre dos tipus de substàncies: l'anàlit és la substància (element o compost químic) de la qual s'està determinant la presència o concentració, mentre que la matriu és el conjunt de components que formen la nostra mostra a més d'aquell o aquells que s'estan determinant.
L'anàlisi inorgància qualitativa actualment no es fa servir sinó és com una eina educativa. Les tècniques modernes com l'espectroscòpia d'absorció atòmica i ICP-MS són capaces de detectar ràpidament la presència i concentracions dels elements fent servir una mostra molt petita.
La gran majoria de mètodes de l'anàlisi qualitativa es basen en la formació de compostos insolubles mitjançant diversos reactius, afegits successivament a la dissolució, després de separar per filtració el precipitat format en cada cas. Cada precipitat, que conté un grup reduït d'ions, es dissol després, totalment o parcialment en els reactius apropiats; s'afegeixen nous reactius per a formar precipitats amb un nombre cada vegada menor d'ions fins a arribar a un únic compost insoluble que caracteritza un particular ió. L'aplicació sistemàtica del principi del producte de solubilitat constitueix la base teòrica de tota química analítica qualitativa.
Com que els mètodes de reconeixement sistemàtic de cations són relativament més senzills que els d'anions, s'assaja primer la presència de cations i després la d'anions. Tanmateix, la possible presència o absència de molts anions pot deduir-se a partir dels cations existents en la dissolució. Per exemple, si en la dissolució hi ha l'ió bari o l'ió plom, no hi ha dubte que no pot ser-hi l'ió sulfat, l'ió carbonat, ni cap dels altres anions que formen sals bàriques o sals de plom insolubles, perquè si hi fossin s'observaria un precipitat de la sal insoluble.
Cada un dels reactius afegits té una certa especificitat per reaccionar amb un o diversos components de la mostra. Un reactiu és específic (més selectiu) quan reacciona amb molt pocs cations i anions. S'anomenen reactius generals (menys específics) els que reaccionen amb molts cations i anions. La selectivitat d'un reactiu es pot canviar mitjançant tres mètodes diferents: Variació del pH: Quan s'afegeix a la solució un compost soluble amb un dels ions del precipitat es disminueix la solubilitat del precipitat iònic degut a un canvi en el seu equilibri de solubilitat degut a l'efecte de l'ió comú. Per exemple, l'H₂S és un reactiu general que a pH neutre o bàsic origina precipitats amb gairebé tots els cations del Sistema Periòdic; no obstant això, a pH àcid es produeix un efecte de l'ió comú, disminueix la concentració de l'anió S2- i només precipiten a pH àcid els sulfurs més insolubles, que són els sulfurs dels denominats Grups I i II de la marxa analítica. Canvi de l'estat d'oxidació: Els canvis en l'energia dels orbitals atòmics o moleculars deguts a canvis en l'estat d'oxidació resulten en longituds d'ona diferents que ses corresponen amb diferents colors. Per exemple, el catió Ni+2 origina un complex amb la dimetilglioxima de color rosat, però si hi ha Fe2+ amb dimetilglioxima s'observa un color rosat vermellós; si s'afegeix H₂O₂, el Fe2+ s'oxida a Fe3+, el qual no reacciona amb la dimetilglioxima i, per tant, es pot detectar el níquel. Emmascarament de cations: Per exemple, el Cu2+ i Cd2+ són dos cations molt semblants; tanmateix, es poden identificar. Si s'afegeix H₂S a una mostra que conté ambós cations precipiten CuS (negre) i CdS (groc). Si prèviament s'afegeix KCN a la mostra, es formeb Cu(CN)₄2- i Cd(CN)₄2-, tots dos incolors. Aleshores, si s'afegeix H₂S, el Cu(CN)₄2- no reacciona, ja que és molt estable; però el Cd(CN)₄2- que és menys estable reacciona amb l'H₂S i origina CdS (groc).
Aspecte físic de les sals inorgàniques Nombre del grup. Sal Color 1 MnO, MnO₂, FeO, CuO, Co₃O₄, Ni₂O₃; sulfits de Ag+, Cu+, Cu2+, Fe2+, Co2+, Pb2+, Hg2+ Negre 2 Sals de Cu2+ hidratades Blau 3 HgO, HgI₂, Pb₃O₄ Vermell 4 Sals de Cr3+, Cr6+, Ni2+, Fe2+ hidratat Verd 5 Sals de Mn2+ hidratades Rosa clar 6 KO₂, K₂Cr₂O₇, Sb₂S₃, ferricianurs Taronja 7 Sals de Co2+ hidratades Rosa vermellenc 8 Cromats, AgBr, As₂S₃, AgI, PbI₂, CdS Groc 9 CdO, Fe₂O₃, PbO₂, CuCrO₄ Marró fosc
Detecció de cations D'acord amb les seves propietats, els cations normalment es classifiquen en sis grups. Cada grup té un reactiu comú que es pot fer servir per separar els cations de la solució. Per obtenir resultats amb siginificat, la separació s'ha de fer següint una seqüència especificada perquè alguns ions d'un grup també poden reaccionar amb el reactiu d'un grup posterior, causant ambigüitat sobre quins ions hi són presents. Això passa perquè l'anàlisi catiònica està basada en el producte de solubilitat dels ions. A mesura que el catió assoleix la seva concentració òptima necessària per precipitar, precipita i, per tant, permet ser detectat.
Hi ha diversos mètodes de reconeixement de cations, que es diferencien en algun dels reactius afegits a la dissolució per a la precipitació successiva dels grups de compostos insolubles corresponents. La majoria d'ells utilitzen el gas sulfhídric per a la precipitació d'un cert nombre de cations com a sulfurs insolubles. L'assaig sistemàtic de cations es coneix actualement com a marxa analítica de cations. La més senzilla i utilitzada és esquematitzada a continuació, indicant-se en ella tan sols els metalls més comuns. Compren tradicionalment cinc grups i el tercer està dividit en dos subgrups: Grup 1: consta d'ions que formen clorurs insolubles. Per tant, el reactiu que els separa és l'àcid clorhídric (HCl), normalment usat a una concentració entre 1 i 2 M. El HCl concentrat no s'ha de fer servir perquè forma un ió complex soluble ([PbCl₄]2-) amb Pb2+. Per tant, l'ió Pb2+ podria no ser detectat. Precipiten els clorurs de Ag+, Pb2+ i Hg₂2+. La dissolució original, que pot contenir tots els cations, alguns d'ells possiblement en forma d'anió (CrO₄-, MnO₄-, etc.), es tracta en calent amb àcid clorhídric en excés, es deixa refredar i es filtra. El líquid filtrat (líquid I) passa a la investigació del grup 2. El precipitat blanc que s'hagi pogut formar pot consistir dels clorurs d'argent, plom i mercurós, tots o només alguns d'ells. Una part es tracta amb aigua bullent i es filtra en calent. El clorur de plom, que és relativament soluble, es dissol i, en el filtrat, es pot reconèixer aquest catió mitjançant l'addició d'un iodur, com el KI, o un cromat soluble, que formen iodur (PbI₂) o cromat de plom (PbCrO₄), respectivament, que són ambdós grocs i molt més insolubles. El PbI₂ es dissol en calent i forma l'anomenada pluja d'or. El residu insoluble en aigua calenta es tracta amb amoníac diluït; si s'ennegreix vol dir que contenia clorur mercurós i s'ha format mercuri metàl·lic finament dividit. El líquid amoniacal, filtrat, podrà contenir l'argent en forma d'ió complex, [Ag(NH₃)]2+, si en acidificar-lo novament amb àcid clorhídric es forma un precipitat blanc coagulós, vol dir que efectivament contenia l'ió argent.
Grup 2: consta d'ions que formen sulfurs insolubles en presència d'àcids. Els cations en el segon grup inclouen: Cd2+, Bi3+, Cu2+, As3+, As5+, Sb3+, Sb5+. Normalment també s'inclouen Sn2+, Sn4+, Hg2+ i el Pb2+ que també es troba en el primer grup. El reactiu usat pot ser qualsevol susbstància que doni ions S2− en les solucions; els més usats són sulfur d'hidrogen (H₂S) ente 0,2 i 0,3 M), AKT (entre 0.3 i 0.6 M). Els precipitats d'aquests cations són gairebé indistingibles, excepte pel CdS, que és groc. S'escalfa el líquid I i es fa passar a través d'ell, durant uns minuts, un corrent de sulfur d'hidrogen. S'obté un precipitat, generalment negre, de sulfurs d'arsènic, antimoni, estany, mercúric, plom (pel fet que el clorur de plom és relativament soluble), coure, cadmi i bismut. Aquests sulfurs, que precipiten en medi àcid, en què la concentració d'ions S2- procedents del sulfur d'hidrogen és enormement baixa, tenen un producte de solubilitat molt baix. El precipitat se separa per filtració i el filtrat (líquid II) passa a la investigació del grup 3. El precipitat de sulfurs es tracta amb polisulfur amònic, (NH₄)₂Sx; els sulfurs d'arsènic, antimoni i estany, i en molt petita extensió els de mercuri i coure, es dissolen per formar ions complexos i es filtren per a separar les tiosals solubles dels sulfurs que romanen insolubles (de mercuri, plom, coure, cadmi i bismut). Es forma un precipitat marró vermellós o negre quan són presents Bi3+, Cu2+, Hg2+ o Pb2+. I en canvi es forma un precipitat groc en presència de Cd2+ o Sn4+ o es forma un precipitat marró si hi ha Sn2+t; o taronja vermell quan és present Sb3+. La separació de cada un dels metalls en el líquid i en el filtrat, per a la seva particular identificació, està fora de l'abast d'aquest procediment.
Grup 3: inclou ions que formen hidròxids insolubles fins i tot a concentracions baixes. Els reactius són similars als del segon grup, però la separació es fa a pH de 8 a 9. De vegades es fa servir una solució tamponadora per assegurar aquest pH. Està dividit en dos subgrups. Subgrup a: Reactiu NH₃ + NH₄Cl. Precipiten els hidròxids de Fe3+, Al3+ i Cr3+. Subgrup b: Reactiu (NH₄)₂S + NH₄Cl. Precipiten els sulfurs de Mn2+, Zn2+, Co2+ i Ni2+. El líquid II es bull per a eliminar el H₂S dissolt, s'afegeix un poc d'àcid nítric o de peròxid d'hidrogen per a oxidar el ferro que pugui existir de l'estat ferrós al fèrric, s'afegeix clorur amònic i s'afegeix en calent amoníac diluït; precipiten els hidròxids de ferro (fèrric), alumini i crom, que no són solubles en amoníac. La presència del clorur amònic fa tan xicoteta la concentració dels ions OH-, per efecte de l'ió comú, que els hidròxids dels altres metalls del grup, encara que relativament insolubles, no poden precipitar. El de ferro és terrós; el d'alumini, blanc i el de crom, verdós; per la qual cosa el color del precipitat pot servir d'orientació respecte als cations presents, i en separar-lo per filtració, pot investigar-se adequadament per al reconeixement de cada un dels ions metàl·lics que es puguin trobar en el mateix. El filtrat obtingut en separar el precipitat dels hidròxids, es bull i s'hi afegeix sulfur amònic acabat d'obtenir. S'obté un precipitat de sulfurs de manganès, zinc, cobalt i níquel, que se separa per filtració; el filtrat (líquid III) passa a la investigació del grup 4. El precipitat, el color del qual permet orientar-se respecte als sulfurs presents (els de cobalt i níquel són negres; el de manganès, rosat; el de zinc, blanc), s'investiga adequadament per al reconeixement particular de cada un dels cations que poden existir. En tractar-lo amb àcid clorhídric diluït es dissolen els sulfurs de manganès i zinc i queden insolubles els de cobalt i níquel, que només es dissolen en àcid nítric concentrat o millor en aigua règia.