Использование реакций осаждения в качественном анализе для обнаружения катионов

б) получение надхромовой  кислоты. В пробирку помещают 3 капли разбавленной серной кислоты, 3 капли пероксида водорода и 2 капли эфира, смесь встряхивают. Затем прибавляют 2—3 капли полученного раствора хромата (желтого цвета) и снова встряхивают. Наблюдают окраску эфирного слоя.

Реакции катиона цинка Zn²⁺

1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH или КОН 
из раствора солей цинка выделяют белый студенистый 
осадок гидроксида цинка:

ZnCl₂ + 2К0Н = Zn (ОН) ₂| + 2KCI

Zn²⁺ + 20Н- = Zn(OH)₂

Гидроксид цинка обладает амфотерными свойствами и поэтому растворяется в разбавленных кислотах и в избытке щелочей:

Zn (ОН) ₂ + 2КОН = K₂ [Zn (ОН) ₄].

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли цинка добавляют сначала 1 каплю раствора гидроксида натрия или калия, а затем его избыток. Наблюдают выпадение и последующее растворение осадка.

 

2. Гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)₆] с соля 
ми цинка дает коричневато-желтый осадок гексацианоферрата (III)  цинка:

3ZnC!₂ + 2K₃[Fe(CN)₆l = Zn₃[Fe(CN)₆]₂ -6KC1

3Zn²⁺ + 2[Fe(CN)₆]³- = Zn₃[Fe(CN)₆]₂|.

Осадок растворяется в хлороводородной кислоте и растворе аммиака.

 

3. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)_G]  реагирует с солями цинка с образованием белого осадка гексацианоферрата(П) цинка-калия:

3ZnC]₂+2K4Fe(CN)₆] = = Zn₃K₂ [Fe(CN)₆] 2I+6КС1

3Zn²⁺ + 2K+ + 2[Fe(CN) ₆]^- = Zn₃K₂[Fe(CN)₆]₂

Реакция является фармакопейной.

Выполнение    реакции. К 2 каплям раствора соли цинка

прибавляют   2   капли   раствора гексацианоферрата калия и нагревают.

 

4. Сульфид натрия Na₂S осаждает из нейтрального 
раствора ион цинка в виде белого аморфного сульфида 
цинка:

ZnCI₂ + Na₂S = ZnS+ 2NaCl

Zn²⁺ + S²- = ZnS

Реакция является фармакопейной.

 

5. Микрокристаллоскопическая реакция. Тетрароданохидраргират (II) аммония (NH₄)2[Hg(SCN)4] образует в нейтральном или слабокислом растворе с ионами 
цинка бесцветные кристаллы в виде крестов или дендритов .Если в растворе находилось большое 
количество минеральной кислоты, а солей цинка небольшое количество, то кристаллы выпадают в виде клиньев 

Выполнение реакции. На предметное стекло помещают 1 каплю раствора соли цинка, слегка упаривают и подкисляют каплей разбавленной уксусной кислоты. Сразу прибавляют 1 каплю реактива. Рассматривают выпавшие кристаллы под микроскопом.

 

6. Образование зелени Ринмана. Кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли цинка и раствором нитрата кобальта, при сжигании дает золу, окрашенную в зеленый цвет цинкатом кобальта (зелень Ринмана). При этом происходит реакция:

Zn(N0₃)₂ + Co(N0₃)₂=CoZn02 + 4N0₂t +O₂

Проведению  реакции мешают ионы А1³⁺ и Сг³"¹".

 

Выполнение реакции. Небольшой кусочек 
фильтровальной бумаги смочить 1—2 каплями соли цинка. Затем смачивают бумагу одной каплей разбавленного раствора Co(N0₃)_2. Дают бумаге высохнуть и сжигают ее в маленькой фарфоровой чашке. Наблюдают 
цвет полученной золы.

Реакции катиона алюминия А1³⁺

1. Гидроксиды щелочных металлов  NaOH или КОН

с солями алюминия образуют белый осадок гидроксида алюминия:

А1С1з + ЗКОН = А1(ОН)₃ +ЗКС1

А1³⁺ + ЗОН^- = А1(ОН)₃

Вследствие амфотерного  характера гидроксида алюминия осадок растворяется в разбавленных кислотах и в избытке щелочи:

А1 (ОН) ₂+ КОН = К [А1 (ОН) ₄].

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли алюминия прибавляют сначала 1 каплю раствора гидроксида натрия или калия, а затем избыток его. Наблюдают выпадение осадка гидроксида алюминия и последующее его растворение.

 

2. Сухой хлорид аммония NH₄Cl выделяет из тетрагидроксоалюмината калия гидроксид алюминия:

К [А1 (ОН) ₄] + NH₄C1 = А1 (ОН) ₃| + КС1 + NH₃ + Н₂0

[А1(ОН)₄]^- + NH₄⁺ = А1(ОН)₃ + NH₃+ H₂0.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли алюминия добавляют избыток раствора гидроксида натрия или калия до растворения выпавшего осадка гидроксида. К полученному раствору добавляют сухой хлорид алюминия. Пробирку несколько раз встряхивают, нагревают на водяной бане и наблюдают выпадение белого осадка.

 

3. Ализарин (1,2-диоксиантрахинон) образует с гидроксидом алюминия ярко-красное соединение, так называемый алюминиевый лак. Это одна из наиболее чувствительных реакций на ион А1³⁺. Ионы Сг³⁺ и Zn²+ мешают проведению этой реакции. Эту реакцию можно 
проводить полумикрометодом или капельным методом.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 3 капли соли алюминия и добавляют раствор аммиака

до слабощелочной реакции. Нагревают  реакционную смесь и добавляют  к ней 4—5 капель раствора ализарина. Осадок А1(ОН)з окрашивается при этом в ярко-красный цвет.

Выполнение капельным методом. На кусочек фильтровальной бумаги наносят каплю раствора соли алюминия и ждут,пока жидкость впитается. После этого держат бумагу 1—2 мин над горлышком открытой капельницы с концентрированным раствором аммиака. Пятно смачивают раствором ализарина, снова обрабатывают парами аммиака. Образуется ярко-красное окрашивание — признак наличия ионов А1³⁺

 

4. Получение «тенаровой сини». Разбавленный раствор нитрата кобальта (II) образует с солями алюминия при сжигании золу синего цвета вследствие образования алюмината кобальта:

2A1₂(S0₄)₃ + 2Co(NO₃)₂ = 2Со(Аl₂)₂ + 6S0₃f+ 4N0₂+ 0₂

Выполнение реакции. Полоску фильтровальной бумаги смачивают раствором сульфата алюминия и 2 каплями раствора нитрата кобальта (II). Бумагу сжигают в маленькой фарфоровой чашке. Наблюдают цвет полученной золы.

АНАЛИЗ СМЕСИ  КАТИОНОВ ЧЕТВЕРТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

1. Действие группового реактива. К 1 мл раствора, содержащего катионы четвертой группы, добавляют маленькими порциями при помешивании 10% раствор NaOH до полного растворения выпавшего осадка. При этом образовавшиеся вначале гидроксиды А1(ОН)з, Сг(ОН)з, Zn(OH)₂ растворяются с образованием соответствующих солей Na[Al(OH)₄], Na₃[Cr(OH)₆] и Na₂[Zn(OH)₄]. Добавляют 8—10 капель пероксида водорода и нагревают на водяной бане до прекращения выделения газа. При этом Na₃[Cr(OH)₆]] окисляется до Na₂Cr0₄.

 

2. Определение алюминия. К полученному раствору добавляют при перемешивании сухой хлорид аммония до появления запаха аммиака и нагревают. Образующийся белый осадок содержит А1(ОН)₃. В растворе будут находиться СrO₄^2- и [Zn(NH₃)₄]²⁺. Центрифугируют, отделяют осадок от раствора^-.

Проверочная реакция  на  алюминий.  Осадок промывают разбавленным раствором аммиака и растворяют в хлороводородной кислоте (1:3). К 3 каплям раствора добавляют раствор аммиака до слабощелочной реакции. Нагревают и добавляют 5 капель раствора ализарина. В присутствии алюминия образуется ализариновый лак красного цвета.

 

3. Анализ раствора после отделения алюминия. Обнаружение хрома. Желтый цвет раствора указывает на присутствие в растворе ионов Сг0₄^2-. Можно провести проверочную реакцию. Для этого в пробирку помещают 5 капель разбавленной серной кислоты, 2— 3 капли пероксида водорода, I мл эфира и взбалтывают. Добавляют 3—4 капли центрифугата после отделения А1(ОН)з. Синяя окраска эфирного слоя подтверждает присутствие в растворе ионов СrO₄^2-.

Обнаружение цинка. К 3—4 каплям раствора после удаления алюминия добавляют 5—6 капель раствора Na2S. Выпадение белого осадка ZnS свидетельствует о присутствии цинка.

 

ПЯТАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ

ХАРАКТЕРИСТИКА  ГРУППЫ

К пятой аналитической  группе катионов относятся ионы Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²+. Ионы Mn²⁺ и Mg²⁺— бесцветные, ионы Fe²⁺ — бледно-зеленые, а ионы Fe³⁺ — желтые. Нитраты, сульфаты и хлориды катионов этой группы хорошо растворимы в воде. Гидроксиды катионов этой группы слабые труднорастворимые электролиты. Они не растворяются в избытке щелочи и в растворе аммиака, чем отличаются от гидроксидов четвертой и шестой групп. Групповым реактивом является NaOH

Все соли катионов пятой  аналитической группы подвергаются гидролизу, особенно соли железа (III).

Ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ легко образуют комплексные соединения. Это свойство широко используется не только для открытия, но и для маскировки ионов Fe³⁺.

Элементы пятой аналитической  группы имеют переменную степень окисления (кроме магния) и поэтому для них характерны окислительно-восстановительные реакции. Это свойство используется для открытия ионов Мn²⁺ (окисление до фиолетового иона МgО₄^-).

Свежеосажденные сульфиды и гидроксиды элементов пятой  аналитической группы аморфны и  способны довольно легко переходить в коллоидное состояние. Это происходит в том случае, когда при определенных условиях рост частиц труднорастворимого соединения задерживается и образуются так называемые коллоидные частицы. Таким образом, труднорастворимое соединение не выпадает в осадок, а образует коллоидный раствор, занимающий промежуточное положение между грубыми суспензиями (взвесями) и истинными растворами.

Если в коллоидный раствор добавить избыток какого-либо электролита, происходит процесс коагуляции: образующиеся крупные частицы уже не могут удерживаться во взвешенном состоянии и начинают быстро оседать. Коагуляции также способствует повышение температуры. Склонность сульфидов и гидроксидов образовывать коллоидные растворы усложняет анализ, так как коллоидные частицы не могут быть отделены центрифугированием. Поэтому осаждение необходимо вести в условиях, способствующих разрушению коллоидных частиц, т. е. при нагревании раствора и прибавлении к нему электролита. Промывать такие осадки надо горячей водой с небольшим количеством электролита (обычно добавляют хлорид или нитрат аммония). Если этого не сделать, то при промывании водой электролит с осадка полностью удаляется и частицы осадка вновь образуют коллоидный раствор.

Железо, марганец и магний относятся к элементам, необходимым  для жизнедеятельности организма  человека. Железо входит в состав гемоглобина и ряда ферментов. Большая часть железа содержится в гемоглобине эритроцитов, часть находится в печени в соединении с белком. Марганец участвует в обмене углеводов. Количество магния в природной воде определяет ее жесткость. Соли магния необходимы для питания растений, так как магний входит в состав хлорофилла. Магний содержится в теле человека, в основном в костной ткани, и, кроме того, регулирует работу сердца.

В медицине нашли применение перманганат калия КМnО₄ раствор которого используется как антисептическое средство. Препараты железа применяют при анемии. Соединения магния употребляются как антацидиые средства. Сульфат магния используется в качестве слабительного, успокаивающего и спазмолитического средства.

ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ПЯТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ  ГРУППЫ

Реакции катиона  железа (II) Fe²⁺

1. Гидроксиды щелочных металлом NaOH и КОН количественно осаждают гидроксид железа (II) бледно-зеленого цвета:

FeSO₄ + 2КОН = Fe(OH)₂ + K₂S0₄

Fe²⁺ + 20H^-= Fe(OH)₂

 

Осадок на воздухе  быстро буреет вследствие окисления до гидроксида железа (III):

4Fe(OH)₂ + 0₂ +2Н₂0 = 4Fe(OH)₃

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора сульфата железа (II) прибавляют 2 капли раствора гидроксида натрия или калия. Наблюдают изменение окраски при стоянии.

 

2. Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] выделяет темно-синий осадок турнбулевой сини:

3FeS0₄ + 2K₃[Fe(CN)₆] = Fe₃[Fe(CN)₆]₂ +3K₂SO

3Fe²⁺ + 2[Fe (CN) ₆]³- = Fe₃ [Fe (CN) ₆]₂|.

Осадок практически  нерастворим в кислотах, но разлагается щелочами. Это самая чувствительная реакция на соли железа (II). Для подавления гидролиза солей железа реакцию проводят в кислой среде. Избытка реактива следует избегать, так как его желтая окраска придает осадку зеленоватый оттенок. Реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. 2 капли раствора сульфата железа (II) подкисляют I каплей разбавленной серной кислоты и добавляют 1 каплю раствора гексацианоферрата (III) калия.

 

3. Сульфид  аммония (NH₄)₂S количественно осаждает железо (II) в виде сульфида железа (II) черного цвета:

FeS0₄ + (NH₄)₂S = FeS + (NH₄)₂SO₄

 Fe²+ + S²- = FeS

Осадок растворяется в кислотах. Данная реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 2 капли раствора сульфата железа (II) и 2 капли сульфида аммония.

Реакции катиона  железа (III)  Fe³⁺

1. Гидроксиды  щелочных металлов  и  аммиак выделяют бурый студенистый осадок гидроксида железа (III):

FeCl₃ + ЗКОН = Fe (OH) ₃ + ЗКСl

 Fe³⁺-30H-=Fe (OH) ₃

Гидроксид железа  (III)  растворяется в кислотах, но не растворяется в избытке щелочей.

 

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора хлорида железа (III) добавляют 2 капли раствора гидроксида натрия или калия.

 

2. Роданид калия KSCN дает с раствором соли железа (III) в слабокислой среде кроваво-красное окрашивание вследствие образования железо-роданистых комплексов. Реакция применяется для качественного и количественного определения Fe(III). Упрощенное уравнение 
может быть записано следующим образом:

FeCl₃ + 3KSCN=Fe (SCN) ₃ + ЗКСl

 Fe³⁺ + 3SCN^-=Fe (SCN) ₃.

Реакция обратима, поэтому  для повышения ее чувствительности реактив должен быть взят в избытке.