Качественные реакции

Цель работы: Изучить теорию качественного анализа. Освоить технику выполнения аналитических реакций обнаружения  платиновых металлов, золота и серебра химическими методами с использованием органических и неорганических реагентов и получить практические навыки работы.

Опробовать рекомендованные  реакции обнаружения благородных  металлов, выявить реакции с наиболее выраженным аналитическим сигналом

 

1. Теоретическая часть

 

1.1 Аналитическая химия — раздел химии, изучающий химический состав и структуру веществ; имеет целью определение элементов или групп элементов, входящих в состав различных веществ. Предмет её как науки — совершенствование существующих и разработка новых методов анализа, их практическое применение, исследование теоретических основ аналитических методов. Аналитическую химию подразделяют на две части: а) качественный анализ б) количественный анализ.

Качественный анализ позволяет  установить, из каких химических элементов  состоит исследуемая проба, какие  ионы, функциональные группы или молекулы входят в ее состав. При исследовании неизвестных веществ качественный анализ всегда предшествует количественному  анализу.

В зависимости от состава  исследуемого объекта различают:

– анализ неорганических веществ, который включает обнаружение катионов и анионов;

– анализ органических веществ, который включает:

а) элементный анализ – обнаружение  и определение химических элементов;

б) функциональный анализ –  определение функциональных групп, состоящих из нескольких химических элементов и имеющих определенные свойства;

в) молекулярный анализ – обнаружение  отдельных химических соединений. Таким образом, основной задачей качественного анализа является обнаружение в исследуемой пробе соответствующих катионов, анионов, функциональных групп, молекул и т.п.

Основной задачей количественного  анализа является определение количества того или иного компонента, содержащегося  в анализируемой пробе.

В химических методах качественного  анализа используют качественные аналитические  реакции. С помощью таких реакций  нужный химический элемент или функциональную группу превращают в соединение, которое  имеет ряд характерных свойств: цвет, запах, агрегатное состояние.  Вещество, которое используется для проведения качественной аналитической реакции, носит название реагентом или реактивом. Химические методы характеризуются высокой селективностью, простотой выполнения, надежностью, но чувствительность их не очень высока: 10-5 – 10-6 моль/л. В тех случаях, если нужна более высокая чувствительность, используют физико-химические или физические методы анализа. Физические методы основаны на измерении определенного физического параметра системы, которая зависит от содержания компонента. К этим методам относятся спектральный, рентгеноструктурный, масс-спектрометрический анализы и др.

В физико-химических методах  анализа сначала выполняют соответствующую  химическую реакцию, а потом используют какой-нибудь физический метод для  исследования полученного продукта реакции. К этим методам относятся полярография, хроматография и др.

С помощью физических и  физико-химических методов анализа  довольно часто проводят и качественный анализ, и количественный анализ. Использование  этих методов зачастую требует применения дорогой аппаратуры. Поэтому в  качественном анализе физические и  физико-химические методы анализа используют не столь часто, как химические методы. При выполнении качественного химического анализа нужно определённое количество вещества. В зависимости от взятого для анализа количества вещества методы анализа делятся на макрометоды и микрометоды анализа. При макроанализе используют 0,5 – 1,0г вещества или 20 – 50мл раствора. Анализ выполняют в обычных пробирках, химических стаканах, колбах, осадки отделяют фильтрованием через фильтры, например бумажные. При микроанализе используют, как правило, от 0,01 до 0,001г вещества или от 0,05 до 0,5мл раствора.

Аналитические реакции выполняют  «сухим» и «мокрым» способом. В  первом случае анализируемую пробу  и аналитический реагент берут  в твёрдом состоянии и, как  правило, нагревают до высокой температуры. К таким реакциям относятся:

1. Реакция окраски пламени. Летучие  соли некоторых металлов на  платиновой проволоке вносят  в ту часть пламени горелки,  которая не светится, и наблюдают  окраску пламени в характерный  цвет.

2. Реакции сплавления с сухими веществами: (Na₂CO₃; KNO₃ и т.п.) с получением специфично окрашенных продуктов.

Реакции, которые выполнены  «сухим» способом имеют вспомогательный  характер, и используются для предварительных  испытаний.  

Реакции, выполненные "мокрым" способом (в растворе), являются основными  в качественном анализе.

 

1.2 Методы обнаружения  платиновых металлов, золота и  серебра

Особенностью обнаружения  благородных металлов является пригодность известных реакций только для хлоридных сред и практическое отсутствие методов для нитритных, сульфатных и фосфатных растворов. Есть ограничение возможностей качественного анализа – не избирательность подавляющего большинства применяемых реактивов.

Методы обнаружения позволяют  ответить на вопрос о том, из каких  элементов состоит вещество. Для  обнаружения элемента исследуют  определенный диапазон переменной величины на присутствие аналитического сигнала (если используют химические реакции, то в качестве этой величины выступает концентрация реагента). Взаимодействие сопровождается возникновением сигнала:

- образование осадка;

- изменение цвета раствора;

- выделение газа.

Для качественной оценки реакций  обнаружения вводится величина, называемая пределом обнаружения (наименьшее содержание определяемого элемента, при котором  по данной методике можно обнаружить его присутствие с заданной вероятностей). Также характеристиками реакции являются чувствительность и избирательность.

Химические методы обнаружения  благородных металлов не требуют  применения дорогостоящих приборов и проводятся быстро.

 

2. Экспериментальная часть

 

2.1 Оборудование

- пробирки;

- стеклянные палочки;

- пипетки;

- спиртовка;

- держатель;

- фильтры бумажные.

 

2.2 Реактивы

- едкое кали, ч.д.а.;

- едкий натр, ч.д.а.;

- аммиак, ч.д.а.;

- хромат калия, ч.д.а.;

- гидрофосфат натрия, ч.д.а.;

- формальдегид, ч.д.а.;

- цинк, магний, ч.д.а.;

- 1-нитрозо-2-нафтол, ч.д.а.;

- 8-оксихинолин, ч.д.а.;

- щавелевая кислота, ч.д.а.;

- нитрозо-R-соль, ч.д.а.;

- сульфид натрия, ч.д.а.;

- хлорид олова, ч.д.а.;

- иодид калия, ч.д.а.;

- пероксид водорода, ч.д.а.;

- ацетат цинка, ч.д.а.;

- бромид олова, ч.д.а.;

- треххлористый титан,  ч.д.а.;

- тиогликолевая кислота,  ч.д.а.;

- тиомочевина, ч.д.а.;

- дитизон, ч.д.а.;

- родамин С, ч.д.а.;

- ферроцианид, ч.д.а.;

- нитробензол, ч.д.а.;

- сульфат марганца, ч.д.а.;

- диметилглиоксим, ч.д.а.;

- хлорид аммония, ч.д.а.;

- меркаптобензотиозол, ч.д.а.;

- n-нитрозодифениламин, ч.д.а.;

- фенантролин, ч.д.а.;

- пиридин, ч.д.а.;

- бихроман калия, ч.д.а.;

- каломель, ч.д.а.;

- нитрит натрия, ч.д.а.;

- хлорид свинца, ч.д.а.;

- висмутат натрия, ч.д.а.;

- бикарбонат натрия, ч.д.а.;

- гидрохинон, ч.д.а.;

- родамид калия, ч.д.а.;

- сероводород, ч.д.а.;

- пирогаллол, ч.д.а.;

- сульфид аммония, ч.д.а.;

- хлороводородная кислота, ч.д.а.

 

2.3 Результаты работы

Ион металла	Реактив. Уравнение химической реакции. Условия выполнения реакции	Аналитический сигнал (изменение окраски раствора, образование или растворение осадка, выделение газа, образование кристаллов характерной формы и цвета, окрашивание пламени и т.д.)	Мешающие ионы, чувствительность определения
Ag+	Едкие щелочи 2 Ag+ + 2OH- = 2AgOH↓,       2 AgOH → Ag2O + H2O	Осадок бурого цвета
	Хромат-ион 2 Ag+ + CrO42-→ Ag2CrO4↓	Осадок кирпично-красного цвета
	Гидрофосфат ион 2 Ag+ + 2HPO42-→ Ag3PO4↓+ H2PO4-	Раствор желтого цвета
	Хлорид-ион Ag+1 + Cl- → AgCl↓	Осадок творожистый белый	10-1 мг Ag
	Бромид-иодид-ион Ag+ + Br-→ AgBr↓ Ag+ + I-→ AgI↓	Осадок бледно-желтого  цвета Осадок желтого цвета
	Формальдегид 2Ag++3NH4OH+HCOH→2Ag + HCOO-+3NH4+ + 2H2O.	Блестящие зеркало металлического серебра
	Цинк, магний 2 Ag+ + Zn→ 2Ag↓ + Zn2+	Осадок темного цвета
	1-нитрозо-2-нафтол + Ag+ → + H+	Осадок светло-коричневого  цвета
	8-оксихинолин + Ag+→   +H+	Осадок белого цвета	0,01 мг Ag
	Щавеливая кислота. HOOC-COOH +2Ag+→ AgOOC-COOAg ↓ +2H+	Осадок белого цвета	0,1 мкг Ag
	Нитрозо-R-соль + 2Ag+ → +2H+	Раствор желтого цвета
	Метиленовый синий	Синее окрашивание	0,002 мкг
	Вывод:
Au+3	Сероводород 2H[AuCl4] + 3H2S→Au2S3↓ + 8HCl	Осадок черно-бурого цвета
	Хлорид олова(ll) Au+3 + Sn+2→ Au+ + Sn+4, 2 Au+ + Sn+2→2Au0+Sn+4, 2Au+3+ 3Sn+2→2Au0+3Sn+4.	Золь красно-кирпичного цвета. Окраска углубляется до синей при избытке реагента
	Иодид –ион. Au+ + KI→Au2I3↓	Осадок зеленого цвета	3*10-5%
	Пероксид водорода 2Na[AuCl4]+3H2O2+6NaOH→ 2 Au++6H2O+3O2+8NaCl	Кристаллический осадок красного цвета	0,3 мг/мл
	Ацетат цинка [Au(SCN)4]-+Zn+2→ Zn[Au(SCN)4]2	Кристаллический осадок красного цвета
	Бромид олова 2H[AuCl4]+3SnBr2+12H2O = 2Au0+3Sn(OH)4+8HCl+6HBr	Золь сине-серого цвета
	Трёххлористый титан 3Ti(III)+Au3+→Au0+3Ti(IV)	Золь фиолетового цвета, переходящий в темно-синий.
	8-оксихинолин + Au+→ + H+	Осадок зеленого цвета	10-2мг Au
	Триогликолевая кислота 3HS-CH2-COOH + H[AuCl4]→ Au(S-CH2-COOH)3 + 4HCl	Осадок желтого цвета
	Тиомочевина 2NH2CSNH2+Au+→ [Au(NH2CSNH2)2]+	Раствор желто-оранжевого цвета	10 мкг Au
	Дитизон Au+3+3H2DZ→Au(HDZ)3+3H+	Расслоение фаз, появление  коричневого окрашивания	0,05 мкг Au
	Родамин С + [AuCl4]-→ ионный ассоциат	Появление фиолетового окрашивания	5 мкг Au
	MnSO3+Na2P2O7+Au+→ пирофосфатный комплекс	Раствор красно-фиолетового  цвета
	Вывод:
Pt(IV)	Тиомочевина [PtCl6]2- + 4SC(NH2)2 → [Pt{Sc(NH2)2}4]+2 →t,H2So4 PtS2↓	Осадок черного цвета
	ДМГ [PtCl4]2- + С4H8N2O2 → (С4H7O2)2Pt	Раствор сине-зелёного цвета
	Йодид калия H2[PtCl6] + 4KI→ PtI4 + 4KCl + 2HCl PtI4 + 2KI → K2[PtI6]	Раствор красно-розового цвета, растворим в избытке реагента	2 мкг/мл Pt
	Хлорид амония H2[PtCl6] + 2NH4Cl→ 2(NH4)2[PtCl6] + 2HCl	Кристаллы ярко-жёлтого цвета	2 мг
	Вывод: Наиболее эффективная  реакция для обнаружения  Pt(IV) является      реакция с иодидом калия (образование розово-красного раствора)
Pd(II)	ДМГ С4H8N2O2+Pd(II)→(С4H7O2)2Pd↓	Осадок жёлто-оранжевого  цвета	0,2 мкг/мл
	Нитрозо-R-соль С10H11NO2(SO3Na)2 + Pd(II) → [С10H10NP2(SO3Na)2]2↓ + 2H+	Осадок жёлтого  цвета, растворимый в воде	1 мг/мл
	Хлористое олово 2[PdCl6]2- + SnCl4→	Раствор красно-коричневого  цвета	50 мкг/мл
	Иодид калия H2[PdCl4] + 2KI → PdI2↓ + 2KCl + 2HCl		5 мкг/мл
	Вывод:
Rh	Хлорид олова(II) 6SnCl2+2[RhCl6]3-→2SnCl4 +	Раствор бурого цвета	0,2мкг/мл
	Хлористый аммоний и 10% раствор  аммиака [RhCl6]3-+3NH4+→(NH4)3[RhCl6] (NH4)3[RhCl6]+5NH3→       [Rh(NH3)5Cl]Cl2 +3NH4Cl	Выделяется соль, затем в аммиаке растворяется и дает раствор жёлтого цвета
	Смесь нитрита натрия и  хлорида аммония [RhCl6]3-+6NaNO2+2NH4Cl→ (NH4)2Na[Rh(NO2)6]↓+5NaCl+ 3Cl-	Осадок светло-жёлтого  цвета	5 мг/мл
	Висмитат натрия Bi(V)+Rh(III) → Bi(III) +Rh(V)	Раствор сине-фиолетового цвета	0,17 мг/мл
	Вывод: растворы комплексных хлоридов родия окрашены в красный или розовый цвет, что является отличительной особенностью этого элемента. Присутствие других платиновых металлов маскирует эту окраску и мешает проведению большинства реакций обнаружения.
Ir	Бикарбонат натрия и гидроксид  натрия [IrCl6]2- + 4OH-→Ir(OH)4↓ + 6Cl-	Раствор синего цвета	0,1мг Ir
	KCl и аммоний Ir(IV)+MCl→M2[IrCl6]	Осадок красного цвета	3 мкг/мл Ir
	Сульфид натрия Ir(IV)+Na2S→Ir(III)	Раствор желтоватого цвета
	Гидрохинон C6H4(OH)2+2H2[IrCl6]+2H2O= 2H2[IrCl5(H2O)]+C6H4O2+2HCl	Происходит обесцвечивание раствора
	Тиомочевина [IrCl6]2-+3SC(NH2)2→ [Ir(SC(NH2)2)3]Cl4+2Cl-	Осадок коричневого цвета	0,5 мг Ir
	Нитрит натрия [IrCl6]2-+NaNO2→Na3[Ir(NO2)6]	Раствор желтоватого цвета
	Вывод:
Ru	Тиомочевина [Ru{Sc(NH2)2}2]3+ + Sc(NH2)2↔ [Ru{Sc(NH)(NH2)}3] + 3H+	Раствор голубого цвета	10 мкг/мл Ru
	Роданид калия [RuCl6]3-+6KSN→ K3[Ru(SCN)6] + 3KCl + Cl-	Раствор красного цвета
	Магний Ru4++ 2Mg0 → Ru0↓+ 2Mg+2	Осадок черного цвета
	Сероводород 3H2S+2[RuCl6]3-→ Ru2S3*2H2O↓ + 6HCl+6Cl-	Осадок бурого цвета
	Вывод:
Os	Тиомочевина 3Sc(NH2)2+[OsCl6]2-→ [Os(Sc(NH2)2)3]Cl + Cl2	Раствор красного цвета	15 мкг/мл Os
	Гидрокарбонат и гидрооксид натрия Na2[OsCl6]+4NaOH → Os(OH)4↓ + 6NaCl	Выпадение осадка
	Хлорид амония H2[OsCl6]+2NH4Cl→ (NH4)2[OsCl6]↓ + 2HCl	Осадок красного цвета
	Хлороводородная кислота Na2[OsO4(OH)2]+2HCl→ OsO4↑ +2NaCl +2H2O	Раствор бесцветный, резкий запах
	Вывод:

 

 

3. Литература

 

1. Крешков А. П. Основы аналитической химии. – М.: Химия, 1970. – 475с.
2. Основы аналитической химии/Под ред. Ю. А. Золотова. - М.: Высш. шк., 1996. -383 с.
3. Волкова Г. В. Методы вскрытия и обнаружения платиновых металлов, золота и серебра. – Красноярск, 2005. – 38 с.

 

3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: Химия, 1989. - 447 с.