Характеристика аніонів

ЗМІСТ

 

1. Вступ

2. Характеристика аніонів

3. Класифікація аніонів

4. Аналітичні реакції аніонів

   4.1. Аналітичні реакції аніонів I групи

        4.1.1. Реакції SO₄^2–-іонів

        4.1.2. Реакції SO₃^2–-іонів

        4.1.3. Реакції S₂O₃^2–-іонів

        4.1.4. Реакції CO₃^2–-іонів

        4.1.5. Реакції PO₄^3–-іонів

        4.1.6. Реакції SiO₃^2–-іонів

   4.2. Аналітичні реакції аніонів II групи

        4.2.1. Реакції хлорид-іонів Cl^–

        4.2.2. Реакції бромід-іонів Br^–

        4.2.3. Реакції йодид-іонів I^–

        4.2.4. Реакції сульфід-іонів S^2–

   4.3. Аналітичні реакції аніонів IIІ групи

        4.3.1. Реакції нітрат-іонів NO₃^–

        4.3.2. Реакції нітрит-іонів NO₂^–

        4.3.3. Реакції ацетат-іонів CH₃COO^–

5. Аналіз суміші аніонів І, ІІ та ІІІ груп

6. Систематичний хід аналізу суміші аніонів

7. Висновок

 

1. Характеристика аніонів

 

Аніонами називають негативно  зарядженні іони, наприклад Cl^–, SO₄^2–, PO₄^3– і т.д. Якщо багато з катіонів складаються з одного атома (наприклад, H⁺, K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺), то аніони часто мають складний склад (наприклад, CH₃COO^–, SCN^–, SO₄^2–, B₄O₇^2–, Cr₂O₇^2–, PO₄^3–). Аніони у меншому ступені заважають виявленню один одного, тому при їхньому аналізі частіше використовують дробний метод і лише у більш важких випадках звертаються до систематичного аналізу.

В аналізі катіонів послідовне відділення груп ведуть за допомогою групових реагентів. В аналізі аніонів  групові реагенти зазвичай використовують тільки для попереднього виявлення  груп. Відсутність якої-небудь групи значно полегшує хід аналізу суміші аніонів. Якщо виявлення катіонів часто засновано на реакціях з аніонами, то, в свою чергу, виявлення аніонів можна провести, використовуючи реакції з катіонами. Наприклад, для виявлення іонів Pb²⁺ використовують реакцію з I^–-іонами, відповідно, I^–-іони можна виявити реакцією з іонами Pb²⁺.

 

2. Класифікація аніонів

 

Класифікація аніонів грунтується  в більшості випадків на їх окиснювально-відновних  властивостях, різній розчинності солей  барію, кальцію та аргентуму відповідних  кислот, здатності утворювати газоподібні речовини при дії кислот та не є суворо встановленою.

Частіше аніони поділяють на дві  групи: перша містить аніони, що утворюють  розчинні у воді солі барію: Cl^–, Br^–, CN^–, SCN^–, S^2–, [Fe(CN)₆]^3–, [Fe(CN)₆]^4–, NO₂^–, NO₃^–, CH₃COO^–, BrO₃^–, ClO^–, ClO₂^–, ClO₃^–, ClO₄^–, HCOO^–, MnO₄^–, MnO₄^2–; друга – аніони, що утворюють важкорозчинні солі барію: F^–, CO₃^2–, BO₂^–, VO₃^–, C₂O₄^2–, SO₃^2–, S₂O₃^2–, SO₄^2–, S₂O₈^2–, SiO₃^2–, CrO₄^2–, Cr₂O₇^2–, MoO₄^2–, WO₄^2–, PO₃^–, P₂O₇^4–, PO₄^3–, IO₃^–, IO₄^–, C₄H₄O₆^2–, SeO₃^2–, SeO₄^2–, TeO₃^2–, TeO₄^2–.

Нижче наведена класифікація аніонів  за трьома аналітичними групами, яка  базується на різній розчинності  солей барію та аргентуму відповідних  кислот.

I аналітична група аніонів: B(OH)₄^–, CO₃^2–, SiO₃^2–, PO₄^3–, AsO₃^3–,  
AsO₄^3–, SO₄^2–, SO₃^2–, S₂O₃^2–, F^–. Ця група аніонів утворює з іонами Ba²⁺ солі, малорозчинні у воді, але розчинні в кислотах (за виключенням BaSO₄). Тому аніони першої групи не осаджують у вигляді солей барію з кислих розчинів. З іонами Ag⁺ вони утворюють солі, розчинні у воді або у розбавлених кислотах. В якості групового реагента використовують BaCl₂ у нейтральному або слабколужному розчині.

II аналітична  група аніонів: S^2–, Cl^–, Br^–, I^–, IO₃^–, SCN^–. Ця група аніонів утворює з іонами Ag⁺ солі, малорозчинні у воді та в розбавленій нітратній кислоті, завдяки чому аніони другої групи осаджують у вигляді солей аргентуму з нітратного розчину. З йонами Ba²⁺ вони утворюють солі, добре розчинні у воді. В якості групового реагента використовують AgNO₃ у присутності розбавленої HNO₃.

III аналітична група аніонів: NO₂^–, NO₃^–, CH₃COO^–. Ця група аніонів утворює з іонами Ba²⁺ та Ag⁺ розчинні солі, внаслідок чого BaCl₂ і AgNO₃ не осаджують аніонів третьої групи. Третя група аніонів не має групового реагента.

 

 

3. Аналітичні реакції аніонів

 

3.1. Аналітичні  реакції аніонів I групи

 

3.1.1. Реакції SO₄^2–-іонів

 

Сульфат-іони є аніонами сульфатної кислоти, яка дещо поступається за силою  нітратній кислоті та галогеновмісним  кислотам HCl, HBr, HI.  
SO₄^2–-іони безбарвні. Багато з солей сульфатної кислоти добре розчинні у воді. Важко розчинні у воді солі барію, стронцію, кальцію, плюмбуму.

1. Хлорид барію BaCl₂ утворює з SO₄^2–-іонами білий кристалічний осад BaSO₄:

Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ ↓ + 2NaCl.

BaSO₄ нерозчинний у кислотах та лугах.

2. Нітрат плюмбуму Pb(NO₃)₂ утворює з SO₄^2–-іонами білий осад PbSO₄:

Na₂SO₄ + Pb(NO₃)₂ = PbSO₄ ↓ + 2NaCl.

PbSO₄ розчинний у їдких лугах.

 

3.1.2. Реакції SO₃^2–-іонів

 

Сульфат-іони є аніонами сульфітної кислоти. У вільному стані H₂SO₃ нестійка сполука. При розчиненні SO₂ у воді отримують двохосновну сульфітну кислоту. Константа дисоціації за першим ступенем рівна 2∙10^–2, за другим ступенем – 6∙10^–8, SO₃^2–-іони безбарвні. Сульфіти лужних металів розчинні у воді. Інші сульфіти важко розчинні у воді, але добре розчиняються в кислотах. У водних розчинах SO₃^2–-іони поступово окиснюються до SO₄^2–-іонів.

1. Хлорид барію BaCl₂ утворює з SO₃^2–-іонами білий кристалічний осад BaSO₃, котрий добре розчиняється у кислотах з виділенням газу SO₂:

Na₂SO₃ + BaCl₂ = BaSO₃ ↓ + 2NaCl,

BaSO₃ + 2HCl = BaCl₂ + SO₂ ↑ + H₂O.

Реакцію ведуть з-за відсутності SO₄^2–-іонів.

При пропусканні SO₂ через розчини забарвлених окисників (KMnO₄, I₂) відбувається їх знебарвлення:

SO₂ + I₂ + 2H₂O = 2HI + H₂SO₄,

5Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O.

Виконанню реакції заважають S₂O₃^2–-іони, а також інші окисники.

 

Капіляр піпетки приладу, який складається з пробірки та пробки з піпеткою (рис. 3.1), заповнюють розбавленим розчином KMnO₄ (розового кольору) або I₂ (жовтого кольору). У пробірку приладу наливають 5-7 крапель розчину сульфіту і стільки ж 2М розчину HCl. Пробірку краще злегка підігріти на водяній бані. Виділяється сульфур(IV) оксид, котрий проходить через капіляр піпетки та знебарвлює розчин, який знаходиться у ньому.

Рис. 3.1. Прилад для виявлення SO₃^2–-іонів.

 

2. Мінеральні кислоти розкладають  сульфіти з виділенням SO₂:

Na₂SO₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂ ↑ + H₂O.

SO₂, який виділився, пропускають через розчини забарвлених окисників. Для цього так само використовують прилад, описаний вище. Знебарвлення забарвлених окисників вказує на присутність SO₃^2–-іонів.

 

3.1.3. Реакції S₂O₃^2–-іонів

 

Тіосульфат-іони S₂O₃^2– є аніонами тіосернистої кислоти H₂S₂O₃. Кислота дуже нестійка, у вільному стані H₂S₂O₃ невідома. S₂O₃^2–-іони безбарвні. Тіосульфати лужних металів та стронцію добре розчинні у воді.

1. Барій хлорид BaCl₂ утворює з S₂O₃^2–-іонами білий осад BaS₂O₃, який розчиняється в кислотах з виділенням сульфур (IV) оксиду:

Na₂S₂O₃ + BaCl₂ = BaS₂O₃ ↓ + 2NaCl,

BaS₂O₃ + 2HCl = 2BaCl₂ + SO₂ ↑ + S + H₂O.

Для виділення осаду  необхідно потерти скляною паличкою стінки пробірки. Реакцію ведуть з-за відсутності SO₄^2–, SO₃^2–, PO₄^3– та CO₃^2–-іонів.

2. Кислоти при взаємодії з  S₂O₃^2–-іонами утворюють вільну тіосернисту кислоту H₂S₂O₃, вона розкладається з виділенням вільної сірки, котра дає помутніння:

Na₂S₂O₃ + 2HCl = H₂S₂O₃ + 2NaCl,

H₂S₂O₃ = S + SO₂ ↑ + H₂O.

3. Іод I₂ окиснює S₂O₃^2–-іони до тетратіонату натрію Na₂S₄O₆ та відновлюється до I^–-іонів. При цьому відбувається знебарвлення розчину йоду:

2Na₂S₂O₃ + I₂ = 2NaI + Na₂S₄O₆.

Реакції заважають SO₃^2–-іони та інші відновники.

 

3.1.4. Реакції CO₃^2–-іонів

 

Карбонат-іони CO₃^2– є аніонами карбонової кислоти H₂CO₃. Це дуже слабка кислота, вона може існувати лише у водному розчині (К₁ = 4∙10^–7; К₂ = 5∙10^–11), CO₃^2–-іони безбарвні. Середні солі катіонів калію, натрію та амонію добре розчинні у воді, інші карбонати важко розчинні.

1. Барій хлорид BaCl₂ утворює з CO₃^2–-іонами білий осад BaCO₃:

Na₂CO₃ + BaCl₂ = BaCO₃ ↓ + 2NaCl.

2. Кислоти розкладають  карбонати з виділенням CO₂:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂ ↑ + H₂O.

Для виявлення CO₃^2–-іонів CO₂ пропускають через вапняну або баритову воду [насичений розчин Ca(OH)₂ або Ba(OH)₂], котра мутніє, утворюючи BaCO₃ або BaCO₃:

Ba(OH)₂ + CO₂ = BaCO₃ ↓ + H₂O.

Капіляр піпетки приладу (див. рис. 3.1.) заповнюють вапняною або баритовою водою. У пробірку приладу наливають 5-7 крапель розчину карбонату та стільки ж 2 н. розчину HCl. Пробірку краще злегка нагріти на водяній бані. Виділяється CO₂, котрий проходить через капіляр піпетки. Розчин, який знаходиться в капілярі, мутніє. Виявленню CO₃^2–-іонів заважають SO₃^2– та S₂O₃^2–-іони.

 

3.1.5. Реакції PO₄^3–-іонів

 

Фофат-іони PO₄^3– є аніонами ортофосфатної кислоти H₃PO₄. Це кислота середньої сили за першим ступенем дисоціації (К₁ = 8∙10^–3), за другим і третім ступенями вона є слабкою кислотою (К₂ = 6∙10^–8, К₃ = 10^–12). PO₄^3–-іони безбарвні. Трьохосновна кислота H₃PO₄ утворює три види солей, наприклад фосфати Na₃PO₄, Ba₃(PO₄)₂, гідрофосфати Na₂HPO₄, BaHPO₄ та дигідрофосфати NaH₂PO₄, Ba(HPO₄)₂. Фосфати лужних металів та амонію розчинні у воді. Розчинні також дигідрофосфати лужно-земельних металів. Усі інші фосфати нерозчинні у воді, але розчинні у мінеральних кислотах.

1. Барій хлорид BaCl₂ утворює з HPO₄^2–-іонами білий аморфний осад BaHPO₄ при рН 5-6:

Na₂HPO₄ + BaCl₂ = BaHPO₄ ↓ + 2NaCl.

BaHPO₄ розчинний в кислотах.

2. Магнезійна суміш (MgCl₂, NH₄Cl і NH₄OH) утворює з HPO₄^2–-іонами білий кристалічний осад MgNH₄PO₄:

Na₂HPO₄ + MgCl₂ + NH₄OH = MgNH₄PO₄ ↓ + 2NaCl + H₂O.

3. Молібденова рідина  – розчин молібдату амонію (NH₄)₂MoO₄ в HNO₃ – утворює з фосфатами жовтий кристалічний осад (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆]:

PO₄^3– + 3NH₄⁺ + 12MoO₄^2– + 24H⁺ = (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆] ↓ + 10H₂O.

 

 

3.1.6. Реакції SiO₃^2–-іонів

 

Силікат-іони SiO₃^2– є аніонами кремнієвих кислот: метакремнієвої H₂SiO₃, ортокремнієвої H₄SiO₄ та полі кремнієвих кислот, склад яких може бути представлений загальною формулою mSiO₂∙nH₂O. Кремнієві кислоти у вільному стані виділити досить важко, але вони зустрічаються у вигляді солей. Серед солей метакремнієвої кислоти розчинні у воді лише Na₂SiO₃ та K₂SiO₃, котрі називають розчинним склом. При розчиненні ці солі гідролізують, створюючи сильнолужну середу. Деякі малорозчинні у воді силікати розкладаються мінеральними кислотами та утворюють кремнієві кислоти.

1. Барій хлорид BaCl₂ утворює з SiO₃^2–-іонами осад BaSiO₃ білого кольору:

Na₂SiO₃ + BaCl₂ = BaSiO₃ ↓ + 2NaCl.

При дії мінеральної  кислоти на осад BaSiO₃ утворюється студневий осад, який складається із суміші різних кремнієвих кислт.

2. Розбавлені мінеральні кислоти при повільному додаванні до розчинів силікатів утворюють білий студневий осад кремнієвих кислот. Розчини силікатів повинні бути високої концентрації. При акуратному, повільному додаванні кислоти можна перевести ввесь осад у студень.