Analisi inorganica qualitativa, riconoscimento di cationi

Dissociazione e riconoscimento degli ioni

I composti inorganici di interesse farmaceutico, in ambiente acquoso ed opportuni valori di pH, si presentano dissociati in cationi –ioni positivi- ed anioni –ioni negativi-. Per il riconoscimento dei composti inorganici, le reazioni possono essere perciò distinte in reazioni dei cationi e reazioni degli anioni. Una volta identificato il tipo di ione si può confermare l’identità del composto da cui derivano. Per alcuni composti inorganici, nel caso contengano metalli alcalini o alcalino terrosi, metalli appartenenti ai primi due gruppi della tavola periodica, si può utilizzare il saggio alla fiamma in modo da agire direttamente sulla composto allo stato solido.

Vediamo ora quali reazioni consentono il riconoscimento di ioni positivi:

• saggio della fiamma
• reazioni di precipitazione
• reazioni di riduzione
• formazione di complessi

Saggio alla fiamma per cationi

Con un filo appuntito fatto di platino o di nichel-cromo e bagnato in acido cloridrico, si espongono alla fiamma ossidante dei cristalli della sostanza solida in esame. Si osserva a questo punto la colorazione assunta dalla fiamma, che consente di identificare il catione metallico contenuto nel composto. La colorazione osservata è dovuta alla emissione di una radiazione di definita lunghezza d’onda caratterizzata da un particolare colore. Ad esempio la presenza di litio conferisce un colore rosso carminio alla fiamma, quella del sodio una colorazione gialla, se c’è del potassio si osserva un colore rosa-violetto, in presenza di bario si ha il verde. Il saggio positivo alla fiamma è del tutto preliminare e deve essere confermato con una reazione specifica del catione in ambiente acquoso.

Reazioni di precipitazione e solubilità

Se i cationi possono sono convertiti in prodotti poco solubili in acqua, poiché non si sciolgono de tutto danno origine ad un precipitato. I composti che si formano sono idrossidi o sali insolubili in acqua, sempre ad un determinato valore del pH, i composti sono infatti caratterizzati da un basso valore del prodotto di solubilità, il valore del Kps.

Se il catione deriva da un metallo di transizione tipo ferro o rame, il precipitato insolubile che si ottiene è colorato. I principali composti insolubili sono idrossidi, solfuri, carbonati e solfati. Gli idrossidi si formano in ambiente neutro-alcalino, ad un valore di pH che dipende dal loro prodotto di solubilità Kps; in particolare a pH maggiore di 3 si ha la precipitazione degli idrossidi di allumino e di ferro; a valori di pH maggiori di 8 si ha invece la precipitazione dell’idrossido di ferro. Anche la formazione e successiva precipitazione dei solfuri ad opera dell’acido solfidrico è influenzata dai valori di pH della soluzione. I carbonati sono solubili in ambiente acido e quindi per la loro precipitazione è necessario scegliere un pH basico. Per quanto riguarda le colorazioni tipiche si ha che: gli idrossidi di alluminio, zinco e magnesio sono bianchi come il solfato di bario o il carbonato di magnesio, l’idrossido di ferro è invece arancio. I solfuri di mercurio, bismuto, rame e piombo sono neri, quello di arsenico è giallo.

Riduzione e formazione di metalli

Con una reazione di riduzione del catione si ha la formazione del metallo allo stato elementare, quello in cui l’atomo del metallo ha stato di ossidazione pari a zero. Vediamo alcuni esempi di riduzione:

• lo ione Ag+ viene ridotto ad argento metallico mediante la formaldeide;
• lo ione As2+ viene ridotto ad arsenico metallico utilizzando come reattivo l’acido ipofosforoso;
• lo ione mercuroso viene ridotto a mercurio prima attraverso una conversione in suo sale, il dicloruro di mercurio e poi subendo un trattamento con ammoniaca.

Formazione di complessi e solubilizzazione

Per l’identificazione di cationi metallici si ricorre ad una serie di reazioni i cui prodotti sono dei particolari aggregati definiti complessi, anch’essi insolubili. La particolarità di questi complessi è il colore caratteristico che assumono. Per esempio, gli ioni del ferro reagiscono con ferrocianuro di potassio per dare un precipitato di colore azzurro, si tratta di ferrocianuro ferrico.

Lo ione bismuto Bi3+, trivalente positivo, reagendo con tiourea, o tiocarbammide, forma un complesso di colore giallo, un composto organico solforato simile all’urea in cui però lo zolfo è al posto dell’ossigeno. In altri casi si ha la formazione di ioni-complesso ovvero complessi dotati di carica, In questo caso si ottiene la solubilizzazione di un precipitato. Se si aggiunge ammoniaca acquosa ad un precipitato di cloruro di argento il precipitato si scioglie perché gli ioni Ag+ si combinano con l’ammoniaca per dare lo ione complesso diamminoargento, questo ione passa in soluzione sottoforma di cloruro. Altri complessi solubili sono quelli dell’alluminio, gli idrossi-alluminati e quelli dello zinco: gli idrossi-zincati.