Качественный анализ анионов

Содержание

 

 

Введение

 

Цель аналитической химии - установление качественного и количественного состава вещества или смеси веществ. В соответствии с этим аналитическая химия делится на качественный и количественный анализ.

Задачей качественного анализа является выяснение качественного состава вещества, т. е. из каких элементов или ионов состоит данное вещество.

При изучении состава неорганических веществ в большинстве случаев приходится иметь дело с водными растворами кислот, солей и оснований. Эти вещества являются электролитами и в растворах диссоциированы на ионы. Поэтому анализ сводится к определению отдельных ионов - катионов и анионов.

При проведении качественного анализа можно работать с различными количествами исследуемого вещества. Имеются так называемые грамм-метод, при котором масса исследуемого вещества берется более 0,5 г (более 10 мл раствора), сантиграмм-метод (масса исследуемого вещества от 0,05 до 0,5 г, или 1-10 мл раствора), миллиграмм-метод (масса исследуемого вещества от 10-6 г до 10-3 г, или от 0,001 до 0,1 мл раствора) и др. Наиболее распространенным является сантиграмм - метод, или полумикрометод.

В данной курсовой работе рассмотрены следующие вопросы: методы качественного анализа, оборудование и посуда, классификация анионов и групповые реагенты, общая характеристика анионов первой группы, общая характеристика анионов второй группы, общая характеристика анионов третьей группы.

 

1 Методы качественного анализа

 

Методы качественного анализа делятся на химические, физико - химические и физические.

Физические методы основаны на изучении физических свойств анализируемого вещества. К этим методам относятся спектральный, рентгеноструктурный, масс-спектрометрический анализы и др.

В физико-химических методах течение реакции фиксируется измерением определенного физического свойства исследуемого раствора. К этим методам относятся полярография, хроматография и др.

К химическим методам относятся методы, основанные на использовании химических свойств исследуемых веществ.

1.1 Аналитические реакции

 

Анализ вещества, проводимый в растворах, называется анализом мокрым путем. Это основной путь полного определения состава вещества. При этом применяют реакции образования осадка, окрашенных соединений или выделения газа. Эти реакции проводят обычно в пробирках. Ряд качественных реакций проводят на предметных стеклах и образующиеся кристаллы рассматривают под микроскопом. Это так называемые микрокристаллоскопические реакции. Иногда прибегают к выполнению реакций капельным методом. Для этого на полоску фильтровальной бумаги наносят каплю испытуемого раствора и каплю реактива и рассматривают окраску пятна на бумаге.

Реакции, проводимые сухим путем (не в растворах), обычно применяются как вспомогательные, главным образом при предварительных испытаниях. Из реакций, проводимых сухим путем, чаще применяются реакции окрашивания перлов буры. В качественном анализе используются также пирохимические реакции: окрашивание пламени в различные цвета летучими солями некоторых катионов.

В химическом анализе используется лишь незначительная часть того многообразия реакций, которое свойственно данному иону.

Для открытия ионов пользуются реакциями, сопровождающимися различными внешними изменениями, например выпадением или растворением осадка, изменением окраски раствора, выделением газов, т. е. открываемый ион переводят в соединение, внешний вид и свойства которого характерны и хорошо известны. Происходящее при этом химическое превращение называется аналитической реакцией.

Вещества, с помощью  которых выполняется открытие ионов, называются реактивами на соответствующие ионы. Реакции, характерные для какого-либо иона, называются частными реакциями этого иона.

Для аналитических реакций важнейшими требованиями являются специфичность и чувствительность. Чем меньшее количество ионов вступает в реакцию с данным реактивом, тем более специфична данная реакция. Чем меньшее количество вещества может быть определено с помощью данного реактива, тем более чувствительна эта реакция.

Чувствительность реакции  можно охарактеризовать количественно  при помощи двух показателей: открываемого минимума и предельного разбавления.

Открываемым минимумом называется наименьшее количество вещества или иона, которое может быть открыто данным реактивом при данных условиях.

Предельное разбавление характеризует наименьшую концентрацию вещества (или иона), при которой еще возможно открыть его данным реактивом.

1.2 Условия проведения аналитических реакций

 

Выполнение каждой аналитической реакции требует соблюдения определенных условий ее проведения, важнейшими из которых являются:

1. концентрация реагирующих веществ;
2. среда раствора;
3. температура.

 

1.3 Реактивы

 

Реактивы, используемые для выполнения аналитических реакций, делятся на специфические, избирательные или селективные, и групповые.

Специфические реактивы образуют характерный осадок или окрашивание только с определенным ионом. Например, реактив образует темно-синий осадок только с ионами .

Избирательные или селективные реактивы реагируют с несколькими ионами, которые могут принадлежать к одной или к разным группам.

Например, реактив  реагирует с ионами , , (II группа), а также с ионами и (VI группа).

Групповой реактив вступает в реакцию со всеми ионами данной группы. С помощью этого реактива ионы данной группы можно отделить от ионов других групп. Например, групповым реактивом второй аналитической группы является хлороводородная кислота, которая с катионами , , образует белые труднорастворимые осадки.

1.4 Систематический и дробный анализ

 

Большинство аналитических реакций недостаточно специфично и дает сходный эффект с несколькими ионами. Поэтому в процессе анализа приходится прибегать к отделению ионов друг от друга. Таким образом, открытие ионов проводится в определенной последовательности. Последовательное разделение ионов и их открытие носит название систематического хода анализа.

Систематический ход  анализа основан на том, что сначала  с помощью групповых реактивов разделяют смесь ионов на группы и подгруппы, а затем уже в пределах этих подгрупп обнаруживают каждый ион характерными реакциями. Групповыми реагентами действуют на смесь ионов последовательно и в строго определенном порядке.

В ряде случаев прибегают  не к систематическому разделению ионов, а к дробному методу анализа. Этот метод основан на открытии ионов специфическими реакциями, проводимыми в отдельных порциях исследуемого раствора. Так, например, ион можно открыть при помощи реактива в присутствии любых ионов.

Так как специфических  реакций немного, то в ряде случаев  мешающее влияние посторонних ионов устраняют маскирующими средствами. Например, ион можно открыть в присутствии при помощи реактива , связывая мешающие ионы гидратом натрия в бесцветный комплекс.

Дробный анализ имеет ряд преимуществ перед систематическим ходом анализа: возможность обнаруживать ионы в отдельных порциях в любой последовательности, а также экономия времени и реактивов.

Но так как специфических реакций немного и мешающее влияние многих ионов нельзя устранить маскирующими средствами, в случае присутствия в растворе многих катионов из разных групп прибегают к систематическому ходу анализа, открывая лишь некоторые ионы дробным методом.

 

2 Оборудование и посуда

 

Наиболее удобно в обычной практике проводить качественное исследование полумикрометодом. Этот метод не требует больших количеств веществ для анализа, дает значительную экономию времени и реактивов по сравнению с макрометодом. В то же время этот метод значительно проще микрометода, требующего специальной аппаратуры и особых навыков работы.

Для работы полумикрометодом в лаборатории необходимо иметь следующее оборудование:

1) переносной деревянный штатив с набором капельниц с растворами солей, реактивов, кислот и щелочей и баночек с сухими солями (рисунок 1);

 

Рисунок 1 - Штатив с набором капельниц

 

2) штатив для пробирок;

3) металлический штатив с кольцом, фарфоровым треугольником и асбестированной сеткой;

4) держатели для пробирок;

5) центрифужные пробирки (рисунок 2);

 

Рисунок 2 - Центрифужные пробирки

 

6) пробирки цилиндрические;

7) капиллярные пипетки (рисунок 3.);

 

Рисунок 3 - Капиллярные пипетки

8) стеклянные палочки (рисунок 4.);

 

Рисунок 4 - Стеклянные палочки

 

9) фарфоровые чашки диаметром 3-5 см;

10) промывалка (рисунок 5);

 

Рисунок 5 - Промывалка

 

11) предметные стекла;

12) фарфоровая капельная пластинка (рисунок 6);

 

Рисунок 6 - Фарфоровая капельная пластинка

 

13) предметные стекла с углублениями (рисунок 7);

 

Рисунок 7 - Предметные стекла с углублениями

 

14) ершик для мытья посуды;

15) водяная баня (рисунок 8);

 

Рисунок 8 - Водяная баня

 

16) центрифуга (рисунок 9).

 

Рисунок 9 - Центрифуга

 

Частные реакции, а также операции разделения ионов проводят в конических пробирках для центрифугирования или в маленьких цилиндрических пробирках. В пробирку вносят несколько капель анализируемого раствора и, соблюдая необходимые условия, прибавляют по каплям реактив, помешивая реакционную смесь стеклянной палочкой.

Выполняя реакцию, необходимо следить за тем, чтобы кончик пипетки  не касался стенок пробирки во избежание загрязнения реактива. Вынутую из капельницы пипетку по выполнении реакции необходимо сразу же опустить в ту же капельницу.

Вместо пробирок частные  реакции можно выполнять также  на фарфоровых капельных пластинках (рисунок 6) или особых предметных стеклах с углублениями (рисунок 7). В этом случае расход реактивов минимальный, а результат реакции хорошо заметен.

Для нагревания реакционной смеси пробирку погружают в кипящую водяную баню. Водяная баня может также служить для упаривания (выпаривания до небольшого объема) растворов. Выпаривание досуха обычно проводят в фарфоровой чашке, нагревая ее на пламени газовой горелки. Пока жидкость не выпарилась до конца, целесообразно ставить чашку на асбестированную сетку. Если остаток от выпаривания необходимо прокалить, чашку ставят на фарфоровый треугольник.

Для отделения осадка от раствора пробирку с осадком помещают в центрифугу.

 

3 Классификация анионов и групповые реагенты

 

Как известно из курса неорганической химии, к анионам относятся отрицательно заряженные частицы, состоящие из отдельных атомов или групп атомов различных элементов. Эти частицы могут нести один или несколько отрицательных зарядов. В отличие от катионов, которые в большинстве своем состоят из одного атома, анионы могут иметь сложный состав, состоящий из нескольких атомов.

Общепринятой классификации  анионов не существует. Разными авторами предложены различные системы классификации  их.

В настоящем руководстве  принята наиболее часто применяемая классификация, по которой все анионы делятся на три аналитические группы в зависимости от растворимости их бариевых и серебряных селей.

В данном случае групповыми реагентами являются растворимые соли бария  и серебра (таблица 1).

Таблица 1 - Классификация анионов

Группа	Анионы	Групповой реагент	Характеристика группы
1	, , , ,	Хлорид бария  в нейтральном или слабощелочном растворе	Соли бария практически  нерастворимы в воде
2	, , ,	Нитрат серебра  в присутствии	Соли серебра практически нерастворимы в воде и разбавленной кислоте
3	, ,	Группового реагента нет	Соли бария и серебра  растворимы в воде

 

4 Общая характеристика анионов первой группы

 

К первой аналитической группе анионов относятся сульфат-ион , сульфит-ион , корбонат-ион , фосфат-ион , силикат-ион .

Эти анионы образуют с  катионом соли, мало растворимые в воде, но, за исключением сульфата бария, хороню растворимые в разбавленных минеральных кислотах. Поэтому выделить анионы этой группы в виде осадка групповым реагентом-хлоридом бария можно только в нейтральной или слабощелочной среде.

Анионы первой группы образуют с катионами серебра  соли, растворимые в разбавленной азотной кислоте, а сульфат серебра растворим даже в воде.

4.1 Обнаружение анионов первой группы

 

Вначале исследуют раствор на присутствие анионов первой группы действием группового реагента (хлорида бария ). Для чего в пробирку к 3-5 каплям слабощелочного раствора прибавляют 5-7 капель 0,5 н раствора хлорида бария. Образование осадка указывает на присутствие анионов первой группы.