Использование реакций осаждения в качественном анализе для обнаружения катионов

 

АНАЛИЗ СМЕСИ  КАТИОНОВ ВТОРОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

 

1. Осаждение катионов второй группы. К 2 мл анализируемого раствора прибавляют по каплям раствор НС1 
(1:3) до прекращения выделения осадка и 2 капли избытка; после прибавления каждой порции кислоты 
раствор тщательно перемешивают. Дают осадку от 
стояться и испытывают раствор на полноту осаждения.

Осадок отделяют от раствора центрифугированием. Центрифугат отбрасывают. В осадке содержатся хлориды серебра, свинца (II) и ртути (I).

2. Исследование осадка.

Испытание на присутствие ионов свинца (II).К осадку хлоридов 
прибавляют 1 мл кипящей воды, смесь растирают стеклянной палочкой и дают отстояться на кипящей бане. 
При этом хлорид свинца (II) переходит в раствор. Отбирают по несколько капель раствора в чистые пробирки. 
В одну пробирку добавляют 2 капли раствора KI, в другую — 2 капли раствора K₂Cr0_4.Выпадение осадка в 
обеих пробирках указывает на присутствие ионов свинца (II). Если РЬ²⁺ обнаружен, то необходимо его удалить из осадка. Для этого к осадку добавляют 1,5—2 мл горячей 
воды, перемешивают и нагревают на кипящей водяной 
бане в течение 2 мин. Горячий раствор отбирают капиллярной пипеткой. Эту операцию повторяют до тех пор, 
пока горячий раствор не перестанет давать положительную   реакцию   на   ионы   свинца   (II)   с   раствором K₂Cr0₄

Испытание    на    присутствие ионов   ртути   (I). К осадку после обработки горячей водой добавляют около 1 мл концентрированного раствора аммиака и хорошо перемешивают. При этом хлорид серебра в виде комплексной соли [Ag(NH3)2]Cl переходит в раствор.

Быстрое почернение осадка при обработке его раствором аммиака указывает на присутствие ртути (I). Осадок отделяют на центрифуге и переносят прозрачный раствор в другую пробирку.

Испытание на присутствие ионов серебра. В пробирку помещают 3 капли центрифугата после отделения ртути (I), прибавляют 4—5 капель концентрированной азотной кислоты и перемешивают. Выпадение белого творожистого осадка AgCl указывает на наличие ионов серебра.

 

 

ТРЕТЬЯ  АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ

ХАРАКТЕРИСТИКА  ГРУППЫ

К третьей группе катионов относятся ионы двухвалентных металлов Ва²⁺, Sr²⁺ и Са²⁺. Эти катионы бесцветны. Галогениды, нитраты и ацетаты этих катионов хорошо растворимы в воде. Гидроксиды катионов этой группы являются сильными электролитами и растворимость их уменьшается в последовательности Ва(ОН)₂->Sr(OH)₂—Са(ОН)₂.

Сульфаты бария, стронция и кальция плохо растворимы в воде, поэтому групповым реактивом является серная кислота. Наименее растворим сульфат бария, а наиболее — сульфат кальция. Вследствие этого при добавлении серной кислоты к смеси катионов третьей группы осадок BaS0₄ выделяется моментально, даже из разбавленных растворов, осадок SrSO₄ — спустя некоторое время, a CaS0₄ — только из концентрированных растворов  солей   кальция.   Осаждение   CaS0₄   всегда   бывает неполным.

Соли бария и кальция  широко распространены в природе. Природная  вода содержит в растворе соли кальция, чем обусловлена ее жесткость. Кальций является одним из основных структурных компонентов костей человека и животных. Он необходим для осуществления процесса передачи нервных импульсов, для сокращения скелетных и гладких мышц, кальций участвует в процессе свертывания крови.

Соединения кальция  и бария входят в состав многих фармацевтических препаратов. Сульфат  кальция (гипс) применяют при наложении  повязок и изготовлении зубных порошков. Хлорид и глюконат кальция используют для лечения при аллергических заболеваниях. Сульфат бария применяется при рентгеноскопических исследованиях желудка и кишечника как контрастное средство (BaS0₄ не пропускает рентгеновские лучи).

 

         ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ТРЕТЬЕЙ  ГРУППЫ

Реакции катиона  бария Ва²⁺

1. Реакции окрашивания пламени. Летучие соли бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый 
цвет. Реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. Соль бария (лучше ВаСl₂) смачивают хлороводородной кислотой и. вносят в основание пламени на тонкой платиновой проволоке или на грифеле, а затем переводят в часть с наивысшей температурой.

 

2. Разбавленная серная кислота H₂S0₄ и растворимые сульфаты выделяют даже из очень разбавленных 
растворов осадок сульфата бария:

ВаСl₂+ H₂S0₄ = BaS0₄ + 2HCI

Ва²⁺ + SO₄^2- = BaS0₄

Осадок не растворяется в кислотах и гидроксидах щелочных металлов. Реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. К 1 капле раствора соли бария добавляют 1 каплю разбавленной серной кислоты — выпадает белый осадок BaS0₄.

3. Хромат калия КгСг0₄ или натрия Na₂Cr0₄ осаждает из нейтральных или уксуснокислых растворов бариевой соли хромат бария желтого цвета:

ВаСl₂ + К₂Сг0₄ = ВаСг0₄ + 2КСl

Ва²⁺ + СгО₄^2- = ВаСг0₄

Аналогично протекает  реакция с дихроматом калия:

2ВаС1₂ + К₂Сг₂0₇ + Н₂0 ->2BaCr0₄ + 2КС1 + 2HCI

2Ва²⁺ + Сг₂0₇²- + Н₂0 -> 2ВаСгО₄ + 2Н+

Выполнение реакции. К 1 капле раствора бариевой соли в присутствии ацетата натрия (1 капля) добавляют 1 каплю раствора хромата калия, при этом выпадает желтый кристаллический осадок ВаСг0₄.

Реакции катиона  кальция Са²⁺

1. Реакция окрашивания пламени. Летучие соли кальция окрашивают бесцветное газовое пламя в кирпично-красный цвет. Реакция является фармакопейной.

 

Выполнение реакции. Реакция выполняется так же, как описано для катиона бария.

2. Разбавленная серная кислота H₂S0₄ образует с 
ионом кальция белый осадок сульфата кальция

СаСl₂+ H₂S0₄ = CaS0₄ + 2НС1

Ca²⁺ + SO₄^2-= CaS0₄

Вследствие достаточно высокой растворимости сульфата кальция (2 г/л) осаждение возможно только из достаточно концентрированных растворов солей кальция. Более полное осаждение сульфата происходит при добавлении к раствору этилового спирта.

Выполнение реакции. К З каплям раствора соли кальция добавляют 3—4 капли разбавленной серной кислоты. К помутневшему раствору приливают 8—10 капель этилового  спирта.  Наблюдают выделение осадка.

3. Оксалат аммония (NH₄)2C₂0₄ дает на холоду в 
нейтральных, уксуснокислых или слабощелочных растворах белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция:

СаС1₂ + (NH₄)₂C₂0₄ = CaC₂0₄ + 2NH₄C1

Са²⁺ + С₂0₄^2- = СаС₂0₄

Осадок нерастворим  в уксусной кислоте, но легко растворим  в минеральных кислотах. Реакцию с оксалатом аммония нельзя проводить в присутствии солей бария, так как ион Ва²* образует с оксалатом аммония белый осадок ВаС₂0₄.

Эта реакция наиболее важная качественная реакция на ион Са²⁺ и является фармакопейной.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора хлорида кальция добавляют 2 капли раствора оксалата аммония.

 

3. Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] с соля 
   ми кальция образует в слабощелочной среде белый 
   кристаллический осадок, нерастворимый в уксусной кис 
   лоте:

 

СаСl₂ + K₄[Fe(CN)₆] + NH₄C1 = CaKNH₄[Fe(CN)₆]  + 3KCI

Ca²⁺ + K⁺ + [Fe(CN)₆]⁴- + NH₄⁺ = CaKNH₄[Fe(CN) ₆]

 

В присутствии значительных количеств иона Ва²⁺ не рекомендуется применять эту реакцию для открытия ионов Са²⁺, так как ион Ва²⁺ при достаточном количестве может дать осадок с K₄[Fe(CN)₆

Выполнение реакции.

В пробирку помещают2 капли раствора хлорида кальция, добавляют 4—5 капель раствора буферной смеси (NH₄CI+NH₃*H₂O)    и   нагревают   I — 
2 мин на водяной бане. К горячему  раствору  прибавляют  5—6   капель   0,5   моль/л   раствора гексацианоферрата   (II)   калия. 
Вновь  нагревают  2—3  мин   на 
водяной  бане,   при  этом   выпадает белый кристаллический осадок,   нерастворимый в уксусной кислоте. Реакция менее чувствительна, чем реакция с оксалатом 
аммония.

 
4.Микрокристаллоскопическая   реакция.   Разбавленная серная кислота образует с солями кальция иглообразные кристаллы CaS0₄*2H₂0

Выполнение реакции. На предметное стекло помещают 1 каплю раствора соли кальция и рядом 1 каплю разбавленной серной кислоты. Соединяют стеклянной палочкой обе капли и слегка подсушивают (но не досуха!) над огнем до появления каемки по краям капли. Образующиеся кристаллы рассматривают под микроскопом.

АНАЛИЗ СМЕСИ  КАТИОНОВ ТРЕТЬЕЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ  ГРУППЫ

Испытание на присутствие ионов Ва²⁺. Первое испытание проводится на присутствие ионов Ва²⁺, так как эти ионы мешают открытию кальция. Для этого 5 капель испытуемого раствора помещают в пробирку и нагревают на кипящей водяной бане. Прибавляют 2 капли раствора хромата калия. Выпадение желтого осадка указывает на присутствие ионов Ва²⁺. В случае выпадения осадка добавляют по каплям раствор хромата калия до тех пор, пока раствор над осадком не окрасится в ярко-желтый цвет. Нагревают в течение 2—3 мин на водяной бане и центрифугируют. Прозрачный раствор отбирают и определяют в нем ионы кальция.

Испытание на присутствие ионов Са²⁺. К 3 каплям центрифугата, полученного после отделения ионов бария, добавляют 2—3 капли оксалата аммония (NH₄)2C204. Если присутствуют ионы Са²⁺, то выпадает белый осадок оксалата кальция.

 

 

 

 

ЧЕТВЕРТАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ

ХАРАКТЕРИСТИКА  ГРУППЫ

К четвертой группе катионов относятся ионы А1³⁺, Cr³⁺, Zn²+.

Хорошо растворимы в  воде сульфаты, нитраты, хлориды, бромиды и иодиды алюминия, цинка и хрома (III). Ионы А1³⁺ и Zn²⁺ бесцветны, соединения хрома (III) окрашены в зеленый или фиолетовый цвет.

Гидроксиды катионов четвертой группы труднорастворимы и являются слабыми электролитами. Кроме того, они обладают амфотерными свойствами. Это свойство гидроксидов используется в систематическом ходе анализа.

Групповым реактивом  является NaOH в избытке. Гидроксиды алюминия, хрома (III) и цинка растворяются в избытке щелочи и при действии группового реактива переходят  в  раствор  в  виде  соединений  Na[AI(OH)₄],

Na₂[Zn(OH)₄], Na₃[Cr(OH)₀].

Так как гидроксиды катионов четвертой аналитической группы являются очень слабыми основаниями, соли этих катионов в водных растворах гидролизованы. Соли очень слабых кислот, например сульфиды, карбонаты алюминия и хрома (III), подвергаются необратимому гидролизу и не могут существовать в водном растворе.

Ионы А1³⁺, Сг³* и Zn²⁺ обладают способностью к комплексообразованию.

Для соединений хрома (III) характерна склонность к окислительно-восстановительным реакциям, что используется при анализе. Одной из самых характерных реакций открытия катиона Сг³⁺ является окисление его до желтого иона СгО₄^2-

Соединения катионов четвертой группы входят в состав многих лекарственных препаратов. Гидроксид алюминия Аl(ОН)₃ обладает адсорбирующими свойствами и поэтому применяется как наружное средство в присыпках, а внутрь — при отравлениях. Его также применяют при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Квасцы KA1(S0₄)₂ применяют как кровоостанавливающее средство и для прижиганий. Сульфат цинка ZnS0₄ применяют в виде глазных капель, а оксид цинка ZnO входит в состав многих мазей для лечения кожных заболеваний

 

ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЧЕТВЕРТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ  ГРУППЫ

Реакции катиона  хрома (III) Сг³⁺

1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH и КОН из

раствора    соли   хрома    (III)    выделяют   серо-зеленый аморфный осадок гидроксида хрома (III):

СгС1₃ + ЗКОН = Сг (ОН)₃ + 3KCI

Сг³⁺+ 30H^- = Сг (ОН)₃

Осадок растворяется в разбавленных кислотах, а также в избытке растворов щелочей с образованием комплексного соединения:

Сг (ОН)₃ + ЗКОН = Кз [Сг (ОН) _б],

что указывает  на амфотерность гидроксида хрома (III).

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли хрома (III) добавляют 1 каплю раствора гидроксида натрия или калия, а затем еще несколько капель. Наблюдают выпадение и последующее растворение осадка.

 

2. Пероксид водорода Н₂О₂ в присутствии щелочи 
   окисляет ион хрома Сг³⁺ в хромат-ион СгО₄^2- Реакция 
   сопровождается характерным внешним признаком — изменением окраски раствора в ярко-желтую, обусловленную присутствием иона СгО₄^2-:

 

2СгС1з + ЗН₂0₂ + 10NaOH = 2Na₂Cr0₄ + 6NaCl + 8Н₂0

2Cr³+ 3H₂0₂ + 10ОН^-= 2Cr0₄^2- + 8H₂0.

Если полученный раствор  хромата подкислить разбавленной серной кислотой, то пероксид водорода окисляет хромат в надхромовую кислоту Н₂СгО₆ синего цвета, легко переходящую в эфирный слой.

Выполнение реакции: а) получение хромат-иона. В пробирку помещают 2 капли раствора соли хрома (III) и добавляют несколько капель гидроксида натрия или калия (образующийся осадок гидроксида хрома должен раствориться). Прибавляют 3 капли раствора пероксида водорода и слегка подогревают на водяной бане. Наблюдают переход окраски из зеленой в желтую;