Gerekli Malzemeler
Deney tüpleri, pipet, ısıtıcı, baget, Fe²⁺ çözeltisi (demir(II) sülfat, FeSO₄), Fe³⁺ çözeltisi (demir(III) klorür, FeCl₃), Al³⁺ çözeltisi (alüminyum klorür, AlCl₃), Cr³⁺ çözeltisi (krom(III) klorür, CrCl₃), Co²⁺ çözeltisi (kobalt(II) klorür, CoCl₂), Pb²⁺ çözeltisi (kurşun nitrat, Pb(NO₃)₂), sodyum hidroksit (NaOH), amonyak (NH₃), potasyum ferrosiyanür (K₄[Fe(CN)₆]·3H₂O) çözeltisi, potasyum ferrisiyanür (K₃[Fe(CN)₆]) çözeltisi, sodyum hidrojen fosfat (Na₂HPO₄) çözeltisi, sodyum asetat (CH₃COONa) çözeltisi, potasyum kromat (K₂CrO₄) çözeltisi, nitrik asit (HNO₃).
Katyonlar, pozitif yüklü iyonlardır ve kalitatif analizde, anyonlarda olduğu gibi, karakteristik kimyasal reaksiyonları sayesinde tanınırlar. Katyonların sistematik olarak ayrılması ve tanınması, 1841 yılında Fresenius tarafından geliştirilen klasik bir şemaya dayanır. Bu sistemde katyonlar, belirli reaktiflerle (grup reaktifleri) verdikleri reaksiyonlara göre beş ana gruba ayrılır:
Grup 1: Seyreltik HCl ile çökelme veren katyonlar (Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺). Bu gruptaki katyonlar klorür tuzları şeklinde çökerler.
Grup 2: HCl ile reaksiyon vermeyen ancak asidik ortamda H₂S ile çökelme veren katyonlar (Hg²⁺, Cu²⁺, Bi³⁺, Cd²⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, As³⁺, As⁵⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺). Bu grup kendi içinde 2/a (amonyum polisülfürde çözünmeyenler) ve 2/b (amonyum polisülfürde çözünenler) olarak alt gruplara ayrılır.
Grup 3: HCl ve H₂S ile reaksiyon vermeyen ancak nötral veya amonyaklı ortamda (NH₄)₂S ile çökelme veren katyonlar (Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Zn²⁺).
Grup 4: 1, 2 ve 3. grup reaktifleriyle reaksiyon vermeyen, NH₄Cl varlığında (NH₄)₂CO₃ ile çökelme veren katyonlar (Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺).
Grup 5: Önceki grupların reaktifleriyle reaksiyon vermeyen ve grup reaktifi bulunmayan katyonlar (Mg²⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺).
Bu gruplama sistemi, katyonların çözünürlük özelliklerine ve kompleks oluşturma eğilimlerine dayanır. Her bir katyon, belirli reaktiflerle karakteristik renkli çökeltiler, kompleks iyonlar veya renk değişimleri verir. Bu deneyde incelenecek katyonlar ve karakteristik reaksiyonları şunlardır:
Fe²⁺ (Demir II): NaOH ile havada hızla yeşilimsi kahverengiye dönüşen beyaz Fe(OH)₂ çökeltisi verir. K₄[Fe(CN)₆] ile beyaz K₂Fe[Fe(CN)₆] çökeltisi oluşturur; bu çökelti havada oksitlenerek mavi renkli KFe[Fe(CN)₆]'ya (Turnbull mavisi) dönüşür.
Fe³⁺ (Demir III): K₃[Fe(CN)₆] ile mavi renkli Fe₄[Fe(CN)₆]₃ (Berlin mavisi) çökeltisi oluşturur. Na₂HPO₄ ile sarımsı FePO₄ çökeltisi verir.
Al³⁺ (Alüminyum): NH₃ ile beyaz, jelatinimsi Al(OH)₃ çökeltisi oluşturur. Al(OH)₃ amfoter özellik gösterir; yani hem asitlerde hem de bazlarda çözünür.
Cr³⁺ (Krom III): NH₃ ile gri-yeşil, jelatinimsi Cr(OH)₃ çökeltisi oluşturur. Cr(OH)₃ amfoter özellik gösterir; NaOH ile CrO₂⁻ (kromit) iyonunu oluşturarak çözünür. NH₃ fazlasında menekşe pembe renkli [Cr(NH₃)₆]³⁺ kompleksi oluşur.
Co²⁺ (Kobalt II): NaOH ile mavi renkli bazik tuz (Co(OH)NO₃) çökeltisi oluşturur; bu tuz ısıtıldığında pembe Co(OH)₂'ye dönüşür. Co(OH)₂ havada bekletildiğinde kahverengi-siyah Co(OH)₃'e oksitlenir.
Pb²⁺ (Kurşun II): K₂CrO₄ ile sarı renkli PbCrO₄ çökeltisi oluşturur. Bu çökelti asitte çözünmez, ancak NaOH çözeltisinde plumbit (Pb(OH)₄²⁻) iyonu oluşturarak çözünür.