Séparation des cations

Se basant sur leurs propriétés chimiques , les cations sont, en général, divisés en cinq groupes. Chaque groupe a un réactif commun qui est utilisé pour les constituants du groupe de la solution par précipitation . La séparation doit être faite dans l’ordre des groupes parce que certains composants d'un groupe peuvent aussi précipiter avec les réactifs du groupe suivant et ainsi rendre difficile l’identification des éléments. Après séparation du groupe, par filtrage, décantation  ou centrifugation, la présence de chaque élément est confirmée en exécutant des réactions spécifiques.

Il existe divers schémas d'analyse; nous présenterons un des plus fréquemment utilisés.

1 Premier groupe analytique de cations

Le premier groupe comprend les cations dont les chlorures sont insolubles. Pour cela, le réactif du groupe est l’acide chlorhydrique, en général, à la concentration de 1 à 2 M. L’acide chlorhydrique plus concentré ne peut pas être utilisé parce qu'il se formerait l’ion complexe PbCl₄^2- soluble..

Les plus importants cations du premier groupe sont Ag⁺,Hg₂²⁺, Pb²⁺. Les chlorures de ces éléments, tous de couleur blanche, ne peuvent pas être distingués l’un de l’autre par la couleur. Cependant, le chlorure d'argent, AgCl est réduit en présence de lumière et sa couleur devient violette.

De son côté, PbCl₂ est plus soluble que les chlorures des deux autres ions, spécialement dans l’eau chaude.

HCl concentré peut précipiter complètement Hg²⁺ et Pb²⁺, mais la précipitation du chlorure de plomb n'est pas toujours complète. Pour cela , Pb²⁺ , en général, est aussi inclus dans le deuxième groupe.

2 Deuxième groupe analytique de cations

Le deuxième groupe comprend les cations dont les sulfures sont insolubles en solution acide. Le réactif peut être n’importe quelle substance qui produit des ions S^2- en solutions.

Habituellement, on utilise la thioacétamide (à 0.3-0.6 M) grâce à l'hydrolyse suivante:

 CH₃CSNH₂ + H₂0 => CH₃0NH₂ + H₂S

ainsi on peut écrire les réactions comme si le réactif utilisé était H₂S.

La concentration en S^2- a beaucoup d'importance.

À concentration élevée, Cd²⁺, Pb²⁺ et Sn²⁺, qui ont des sulfures relativement solubles peuvent ne pas précipiter tandis qu'à basse concentration Zn²⁺, qui fait partie du troisième groupe peut précipiter également.

La réaction doit être faite à un pH d’environ 0,5. Si nécessaire, la solution doit être acidifiée par l' HNO3.

Les cations du deuxième groupe sont : Cd²⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, As³⁺, As⁵⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, Sn²⁺ et Sn⁴⁺.

Hg²⁺ et Pb²⁺ peuvent aussi être présents tout comme dans le premier groupe.

3 Troisième groupe analytique de cations

Le troisième groupe comprend les ions dont les sulfures sont insolubles en solution basique. Les réactifs sont semblables à ceux du deuxième groupe mais la séparation est faite à pH 8–9. Si nécessaire, on peut utiliser un tampon. Les cations du troisième groupe sont, entre autres, Zn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ et Cr³⁺.

4 Le quatrième groupe analytique de cations

Les ions du quatrième groupe forment des carbonates insolubles dans l’eau. Normalement, on utilise le (NH₄₎₂CO₃ (environ 0.2 M), le pH doit être neutre ou légèrement basique. Il faut bien séparer les autres groupes analytiques parce qu'ils donnent aussi des carbonates insolubles. Les ions les plus importants dans le quatrième groupe sont: Ba²⁺, Ca²⁺ et Sr²⁺.

Après séparation, le meilleur moyen de les distinguer est d’exécuter le test de flamme: le baryum donne une flamme jaune-vert,le calcium orange-rouge et le strontium rouge foncé.

 5 Cinquième groupe analytique des cations

Les cations restants après séparation soigneuse des autres groupes, font partie du cinquième groupe.

Les plus importants sont Mg²⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ et NH₄⁺.