ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ НЕОРГАНІЧНИХ КАТІОНІВ

Існують сірководнева, кислотно-основна та аміачно-фосфатна класифікації катіонів. Історичним перший виник сірководневий систематичний хід аналізу катіонів, що запропонований російським хіміком в 1871 році Меншуткіним. В основі якого лежить різна розчинність сульфідів металів в залежності від кислотності середовища. Основним недоліком цієї класифікації є токсичність сірчистого водню. За аміачно-фосфатною класифікацією катіони поділяються на 5 груп, наведених в таблиці 1.

Катіони першої аналітичної групи K⁺ Na⁺ NH₄⁺

До першої аналітичної групи відносять катіони головної підгрупи періодичної системи елементів Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, а також комплексний аніон NH₄⁺. Катіони першої аналітичної групи утворюють сполуки з іонним характером зв’язку. Майже всі сполуки катіонів першої групи розчинні у воді, тому вони не мають групового реагента. Іони K⁺ та Na⁺ стійкі до дії окисників та відновників, здатні утворювати пересичені розчини. Усі іони безбарвні, окрім сполук, до складу яких входить забарвлений аніон.

Таблиця 1

Реакції іонів калію К⁺

Натрій гідротартрат NaHC₄H₄O₆:

Катіони калію з натрій гідротартратом утворюють білий кристалічний осад калій гідротартрату, який розчиняється в мінеральних кислотах і лугах І не розчиняється в оцтовій кислоті:

Для утворення осаду КНС₄Н₄О₆ можна використовувати і тартратну кислоту:

Але оскільки КНС₄Н₄О₆ розчиняється в сильних кислотах, то ця реакція оборотна і осад з розведених розчинів може не випасти. Для зміщення рівноваги в правий бік необхідно зв’язати іони водню, що досягається введенням ацетат іону:

Оцтова кислота (К_НАс=1,86 ) слабкіша за тартратну ( ), тому вона не розчиняє КНС₄Н₄О₆.

Калій гідротартрат помітно розчиняється в холодній воді, тому при проведенні цієї реакції необхідна досить висока концентрація реагуючих речовин.

Розчинність калій гідротартрату значно підвищується при нагріванні. Тому реакцію необхідно виконувати при кімнатній температурі або навіть і при охолодженні. Розчинність КНС₄Н₄О₆ значно зменшується в присутностіетанолу.

Виходячи з наведених властивостей калій гідротартрату, при виявленні іонів К⁺ за допомогою NaHC₄H₄O₆ слід додержуватися наступних умов:

а) середовище розчину, в якому виявляють iони К⁺ повинно бути нейтральним або оцтовокислим;

б) концентрація іонів калію повинна бути досить високою;

в) реакцію слід проводити в холодному розчині.

Умови виконання реакції. До 3-5 крапель розчину добавляють 3-4 краплі розчину МаНС₄Н₄О_б. Пробірку струшують і потирають внутрішні стінки скляною паличкою. У присутності К⁺ випадає осад білого кольору.

Осад КНС₄Н₄О₆ взмучують і піпеткою переносять в чотири пробірки. Досліджують відношення осаду до дії мінеральної кислоти, лугу, оцтової кислоти та нагрівання.

Натрій гексанітрокобальтат (III) Na₃[Co(NO₂)₆] Натрій гексанітрокобальтат (Ш) у нейтральному або оцтовокислому розчині утворює з іонами калію жовтий кристалічний осад;

В лужному середовищі розкладається з утворенням темно-бурого осаду Со(ОН)₃:

Мінеральні кислоти також розкладають гексанітрокобальтат-іони і тому при виявленні іонів К⁺ необхідно зв’язувати іони водню додаванням ацетат-iонів:

Реакція виявлення іонів К⁺ за допомогою Nа₃[Со(NО₂)₆] більш чутлива, ніж реакція з КНС₄Н₄О_б, i тому її використовують частіше.

При зберіганні Nа₃[Со(NО₂)₆] розкладається, причому його буре забарвлення змінюється на рожеве, яке обумовлене забарвленням іону Со²⁺. Такий реактив непридатний для виявлення Іонів К⁺.

Іони NН₄⁺ утворюють з Nа₃[Со(NО₂)₆] осад, який за кольором і формою подібний до осаду, що утворюється при взаємодії К⁺ з Nа₃[Со(NО₂)₆], тому NН₄⁺-іони заважають проведенню цієї реакції і вони повинні бути відсутні.

Підсумовуючи сказане, можна зробити висновок, що при виявленні іонів K⁺ за допомогою Nа₃[Со(NО₂)₆] необхідно, щоб розчин був нейтральним або оцтовокислим і в розчині повинні бути відсутні іони NH₄⁺.

Умови виконання реакції. До 2-3 крапель розчину солі калію добавляють 2-3 краплі розчину Nа₃[Со(NО₂)₆]. В присутності іонів К⁺ випадає осад К₂Nа[Со(NO₂)₆] жовтого кольору.

Осад взмучують і ділять за допомогою піпетки на 3 частини. Досліджують відношення осаду до дії сильної кислоти, лугу і оцтової кислоти.

Виявлення іони К⁺ за допомогою натрій-свинець гексанітрокупрату (II) мікрокристалоскопічним способом. Іони калію утворюють з Nа₂Pb[Сu(NО₂)₆] осад K₂Pb[Сu(NО₂)₆] чорного або коричневого кольору.

Кристали, які утворилися мають кубічну форму, їх розглядають під мікроскопом.

Реакції виявлення іонів К⁺ заважають іони NH₄⁺, бо вони теж утворюють осад аналогічної форми і з таким же забарвленням.

Умови виконання реакції. На предметне скло наносять краплю розчину солі калію і випарюють на водяній бані досуха. Після охолодження добавляють до сухого залишку краплю розчину Nа₂Pb[Сu(NО₂)₆] і розглядають кристали, що утворилися, під мікроскопом.

Забарвлення полум’я солями калію. Солі калію забарвлюють полум’я у блідо-фіолетовий колір.

Умови виконання реакції. Платинову пластину занурюють у розчин соляної кислоти і прожарюють у полум’ї, поки не зникне забарвлення. Цю операцію повторюють декілька разів, поки після чергового занурення платинової дротинки в соляну кислоту і внесення її в безбарвне полум’я не зникне блідо-фіолетове забарвлення. Після цього чисту платинову дротинку занурюють у розчин, який досліджується і вносять у полум’я. В присутності сполук калію полум’я забарвлюється в блідо-фіолетовий колір.

Реакції іонів амонію NН₄⁺

Розведений розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом:

NH₄OН - амоній гідроксид відноситься до слабких електролітів. При взаємодії NH₄OН з кислотами утворюються амонійні солі. За властивостями ці солі подібні до солей калію. Майже всі солі амонію, за винятком гідротартрату, гексанітрокобальтату (Ш) та хлороплатинату (IV), добре розчиняються у воді.

Реакції іонів амонію. Луги NаОН та КОН при нагріванні виділяють з розчинів солей амонію аміак:

Аміак, що виділяється, можна виявити за запахом або за допомогою червоного лакмусового папірця, змоченого водою, який синіє у парі аміаку внаслідок утворення основи NH₄OН:

Якщо в пару аміаку помістити фільтрувальний папір, змочений розчином нітрату ртуті (І), то він чорніє внаслідок виділення металічної ртуті.

При внесенні в газоподібний аміак скляної палички, змоченої концентрованою соляною кислотою, з’являється "білий димок" NH₄Сl:

Виконання реакції. До 3-5 крапель розчину солі амонію в пробірці добавляють 5-7 крапель розчину NaOН, пробірку нагрівають і до отвору пробірки підносять червоний лакмусовий папірець, змочений водою, або смужку фільтрувального паперу, змочену розчином нітрату ртуті (І). При цьому червоний лакмусовий папірець синіє, смужка фільтрувального паперу з Нg₂(NO₃)₂ чорніє.

Якщо до отвору пробірки піднести скляну паличку, змочену концентрованою НСl, то з’явиться "білий димок" NH₄Сl.

Реактив Несслера К₂[HgI₄]+КОН іонами амонію утворює аморфний червоно-бурий осад [ОНg₂NH₂]I.

При малих концентраціях іонів NН₄⁺ осад не утворюється, але розчин забарвлюється в жовтий колір.

Реакція надзвичайно чутлива і придатна до виявлення навіть дуже малих ("слідів") концентрацій іонів NН₄⁺.

Виявленню іонів NН₄⁺ за допомогою реактиву Несслера заважають іони Fе³⁺, Сг³⁺, Ni²⁺ та інші, що утворюють при дії лугу нерозчинні у воді забарвлені гідроксиди, а також іони Нg²⁺, Sn²⁺, Sb³⁺, які при взаємодії з йодид-іонами руйнують реактив.

Відношення солей амонію до нагрівання. При високій температурі солі амонію розкладаються. Характер розкладу залежить від природи аніона солі. При прожарюванні амонійної солі леткої кислоти відбувається повна термічна дисоціація солі на аміак і кислоту:

Якщо до складу амонійної солі входить аніон нелеткої кислоти, то при прожарюванні такої солі виділяється тільки аміак:

При прожарюванні амонійної солі з аніоном-окиснювачем аміак окиснюється до азоту або до оксидів азоту:

Катіони другої аналітичної групи Ва²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Аl³⁺, Cr³⁺, Bi³⁺

Груповим реагентом на ці іони є гідрофосфат амонію (NH₄)₂HPO₄ або гідрофосфати лужних металів, які в присутності гідроксиду амонію утворюють малорозчинні у воді фосфати (див табл. 1). По відношенню до дії оцтової кислоти катіони II групи можна поділити на дві підгрупи: до першої відносять іони Ва²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺- фосфати яких розчинні в оцтовій кислоті, а до другої - Fe³⁺, Аl³⁺, Cr²⁺, Bi²⁺, фосфати яких в оцтовій кислоті не розчиняються, але розчинні в сильних мінеральних кислотах. Більшість сполук катіонів другої аналітичної групи малорозчинні у воді. Розчинними є хлориди, нітрати, нітрити, йодиди, за винятком вісмутe йодида, сульфати, за винятком іонів кальцію, стронцію та барію. Сполуки заліза та хрому здатні окиснюватися, а сполуки вищих ступеней окиснення відновлюватися.

Реакції іонів Ва²⁺, Са²⁺, Mn²⁺, Мg²⁺

Крім наведених вище групових реакцій на іони Ва²⁺, Mn, Са²⁺, які мають багато спільного і в умовах утворення малорозчинних сполук, і в їх властивостях, і у відношенні утворених сполук до дії кислот і лугів, зупинимось на реакціях, які хоч і є груповими на названі іони, але вони характеризуються і відмінностями. Такими реакціями є реакції іонів Ва²⁺, Mn, Са²⁺ з хромат- та біхромат-іонами, з оксалат-іонами.

Дія хромат- та біхромат-іонів К₂CrO₄, К₂Сr₂О₇. Хромат-іони при взаємодії з катіонами Ва²⁺, утворюють осади ВаСгО₄ жовтого кольору:

Кальцій хромат СаСrO₄ має досить високу розчинність у воді () і тому при концентраціях, що застосовуються в якісному аналізі, в осад не випадає.

Хромати барію і стронцію розчиняються в мінеральних кислотах:

Стронцій до того ж розчиняється і в оцтовій кислоті, в той час як барій хромат в оцтовій кислоті не розчиняється:

При дії біхромат-іонів на іони Ва²⁺, Sr²⁺, Са²⁺ випадає осад тільки ВаCrO₄:

Справа в тому, що Сr₂О₇^2- - іони у водному розчині взаємодіють з водою і утворюють СrО₄^2- - іони. При цій взаємодії встановлюється рівновага:

при якій концентрація [СгО₄^2-] є достатньою для утворення осаду ВаСгО₄ і недостатньою для утворення осаду SrСrО₄.

Але і повнота осадження іонів Ва²⁺ не буде досягнута внаслідок високої концентрації іонів водню, що виділяються по мірі утворення осаду ВаСrО₄. Для досягнення повноти осадження ВаСrО₄ необхідно понизити концентрацію іонів водню введенням в розчин натрій ацетату. Реакцію осадження ВаСrО₄ проводять при рН 4,5.

Реакцію утворення ВаСrО₄ за допомогою К₂Сr₂О₇ в присутності ацетатного буферного розчину використовують не тільки для виявлення іонів Ва²⁺, але і для їх відокремлення від іонів Sr²⁺ і Са²⁺.

Виконання реакції. До 2-3 крапель розчину в пробірці добавляють 2-3 краплі ацетатного буферного розчину і 2-3 краплі К₂Сr₂О₇. При наявності іонів Ва²⁺ випадає осад жовтого кольору. Виявленню іонів Ва²⁺ заважають іони Рb²⁺, Ag⁺,Вi⁺, Hg₂²⁺.

Дія оксалатів (NH₄)₂C₂0₄. Амоній оксалат - сіль амонію і оксалатної кислоти Н₂С₂О₄ утворює з іонами Ва²⁺, Sr²⁺ і Са²⁺ білі кристалічні осади:

Осади розчиняються в сильних кислотах (HCl, HNO₃), але не розчиняються в оцтовій кислоті.

Реакція утворення малорозчинного кальцій оксалату СаС₂О₄ частіше за інші використовується для виявлення іонів Са²⁺. Іони Ва²⁺, Sr²⁺ заважають виявленню іонів Са²⁺ тому вони повинні бути спочатку відокремленими.

Дія гіпсової води СаSО₄. Насичений розчин СаSО₄ осаджує іони Ва²⁺ і Sr²⁺ у вигляді сульфатів:

Концентрація іонів SО₄^2- в насиченому розчині СаSО₄ є достатньою для утворення малорозчинних ВаSО₄ і SrSО₄, оскільки розчинність останніх сульфатів значно менша за розчинність СаSО₄. Оскільки добуток розчинності ВаSО₄ () значно менший за добуток розчинності SrSО₄ () осад ВаSО₄ утворюється швидко. Осад SrSО₄ утворюється повільно при нагріванні, причому осад з’являється у вигляді каламуті, помутніння розчину. Реакція виявлення іонів Sr²⁺ за допомогою гіпсової води використовується після попереднього відокремлення іонів Ва²⁺ від іонів Sr²⁺.

Дія натрію родизонату Na₂C₆O₆ Іони барію утворюють з натрій родизонатом Nа₂С₆О₆

Малорозчинний у воді бурова то-червоний осад барій родизонату BaC₆O₆

При дії хлоридної кислоти (HCl) утворюється барій гідрородизонат ярко-червоного кольорову.

Виконання реакції. На фільтровальний папір наносять 1 краплю розчину і 1 краплю 0,1% спиртового розчину натрій родизонату. При наявності іонів Ва²⁺ з’являється буровато-червона пляма, яка при змочуванні розчином НС1 стає ярко-червоною.

Іони Sr²⁺ також взаємодіють з натрій розидонатом з утворенням стронцій розидонату буровато-червоного кольору SrC₆O₆. Але на відміну від барій розидонату при дії хлороводневої кислоти забарвлення стронцій розидонату зникає. Тому цю реакцію використовують для виявлення іонів барію в присутності іонів стронцію і іонів стронцію у відсутності іонів барію. Іони важких металів заважають цій реакції.

Виявлення іонів Ba²⁺ в присутності іонів інших металів. До 5-6 крапель розчину в пробірці добавляють 6 н. розчин NH₄ОН до лужної реакції і нагрівають суміш в пробірці до кипіння. При цьому випадають осади гідроксидів металів, за винятком лужних і лужноземельних елементів. Осади гідроксидів відокремлюють центрифугуванням. 2-3 краплі розчину центрифугату наносять на фільтрувальний папір, пляму змочують свіжеприготованим спиртовим розчином натрій родизонату і потім 2 н. розчином НС1. В присутності іонів Ва²⁺ утворюється гідрородизонат ярко-червоного кольору, який не руйнується в присутності 2 н. НС1.

Реакція виявлення Мg²⁺ за допомогою амоній або натрій гідрофосфату Nа₂HРО₄. Іони Мg²⁺ з натрій гирофосфатом в присутності аміачного буферного розчину утворюють білий кристалічний осад подвійної солі МgNН₄РО₄.

Осад розчинюється в мінеральних і оцтовій кислотах.

Проведенню реакції заважають іони Ва²⁺ Са²⁺, а також. Тому іони Mg²⁺ виявляють тільки після відокремлення іонів Ва²⁺, Са²⁺ іонів важких металів.

Реакція осадження іонів Мg²⁺ у вигляді подвійної солі часто використовується не тільки в якісному, але і в кількісному аналізі.

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину в пробірці добавляють 2 - 3 краплі амоній гідрофосфату, 3 - 5 крапель аміачної буферної суміші і концентрований розчин NH₄OH до запаху. Внутрішні стінки пробірки потирають скляною паличкою. В присутності іонів Mg²⁺ випадає білий кристалічний осад МgNН₄РО₄.

Виявлення іонів Мg²⁺ за допомогою магнезону І та магнезону II. Магнезон І (п-нітробензол-азо-резорцин) та магнезон II п-нітробензол-азо-α-нафтол), які в лужному середовищі забарвлені і червоний або червоно-фіолетовий колір, з гідроксидом магнію утворюють адсорбовану сполуку, яка має темно-синє забарвлення.

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину добавляють 2 - 3 краплі лужного розчину магнезону І або магнезону II і 10 - 15 крапель 2 н. розчину КОН. В присутності іонів Мg²⁺ утворюється осад синього кольору або розчин стає синім при малій концентрації іонів Мg²⁺.

Окиснення іонів Мn²⁺ в лужному середовищі Як уже відзначалося, луги NаОН і КОН осаджують іони Мn²⁺ у вигляді білого осаду Мn(ОН)₂, який розчиняється в розведених мінеральних кислотах, солях амонію і не розчиняється в лугах.

Осад Mn(OH)₂ на повітрі швидко окислюється до Mn(OH)₃ і буріє:

При дальшому окисненні Мn(ОН)₃ осад чорніє внаслідок утворення МnО(ОН)₂

Нас цікавить осад Мn(ОН)₃, оскільки він розчиняється в насиченому розчині Н₂С₂О₄ з утворенням [Мn(C₂O₄)₂]^- рожевого кольору і ця реакція використовується для виявлення іонів Мn²⁺:

Виконання реакції В пробірку вносять 2 - 3 краплі розчину, добавляють 3 - 5 крапель розчину NaОН і суміш збовтують, поки осад не стане темно-коричневого кольору. Після цього в пробірку добавляють 5 - 7 крапель насиченого розчину оксалатної кислоти. В присутності іонів Мn²⁺ розчин забарвлюється в рожевий колір.

Дія пероксиду водню, хлору, брому. Іони Мn²⁺ в лужному середовищі окиснюються при дії пероксиду водню, хлору, брому і інших окиснювачів до сполук Мn(ІV):

При дії хлорної або бромної води реакція іде за рівнянням:

Якщо реакція відбувається в присутності іонів Сu²⁺ як каталізатора, то іони Мn²⁺ окиснюються до МnО₄^- -іонів.

Виконання реакції. В пробірку вносять 1 краплю розчину, 3-5 крапель лужного розчину бромної води, 5-7 крапель розчину СuSO₄. Суміш в пробірці струшують і обережно (рідину може викинути) нагрівають до кипіння. Потім осаду СuО дають осісти. В присутності іонів Мn²⁺ розчин над осадом забарвлюється в малиново-фіолетовий колір.

Дія аміакату срібла на іони Мп²⁺. Аміакат срібла [Аg(NH₃)₂]⁺. У лужному розчині окиснює іони Мn²⁺ до Мn(ІV), а сам відновлюється до металічного срібла:

Ця реакція застосовується для виявлення іонів Мn²⁺ в присутності катіонів II і III аналітичних груп. Реакцію проводять крапельним методом.

Виконання реакції На смужку фільтрувального паперу наносять краплю розчину аміакату срібла і 1-2 краплі досліджуваного розчину. В присутності іонів Мn²⁺ пляма забарвлюється в коричневий колір.

Оскільки аміакат срібла на фільтрувальному папері частково відновлюється і у відсутності іонів Мn²⁺ і тому можна помилково виявити іони Мn²⁺, то слід проводити паралельний дослід з розчином, в якому іони Мn²⁺ відсутні. Якщо пляма з розчином, що досліджується, виявиться більш інтенсивно забарвленою, ніж пляма паралельного досліду, значить, іони Мn²⁺ в розчині присутні.

Окиснення іонів Мп²⁺ в кислому середовищі Іони Мn²⁺ в кислому середовищі можуть окислюватися до МnО(ОН)₂ і до МnО₄^- - іонів. При дії таких окисників як КClO₃ і КBrO₃ окиснення проходить до МnО(ОН)₂:

Реакція окиснення іонів Мn²⁺ за допомогою калій бромату застосовується в якісному аналізі для відокремлення іонів Мn²⁺ від інших катіонів II аналітичної групи.

Виконання реакції. До 5-7 крапель розчину, що досліджується, добавляють 5 - 7 крапель концентрованої азотної кислоти і декілька кристаликів сухої солі КВrО₃, суміш нагрівають до кипіння і кип’ятять 3-5 хвилин. Після охолодження осад МnО(ОН)₂ відокремлюють центрифугуванням, а розчин використовують для виявлення інших катіонів І підгрупи II аналітичної групи.

Окиснення іонів Мп²⁺ дією свинець діоксиду РbО₂- Іони Мn²⁺ окиснюються в кислому середовищі до МnО₄^--іонів, які мають малиново-фіолетове забарвлення. Кращим окисником для цієї реакції є свинець діоксид РbО₂:

Виконання реакції. В пробірку вміщують трохи (0,2 г) сухого РbО₂, добавляють 10 - 15 крапель концентрованої HNOз і слідові кількості розчину, що досліджується. Для цього кінчик скляної палички змочують розчином, що досліджується, і цей кінчик умочують у розчин HNOз в пробірці. Суміш в пробірці нагрівають до кипіння і кип’ятять 2 - 3 хвилини. Після осідання осаду РbО₂ розчин забарвлюється в малиново-фіолетовий колір, якщо в ньому присутні іони Мn²⁺.

Окиснення іонів Мп²⁺ дією амоній персульфату (NН₄)₂S₂О₈. Амоній персульфат (NН₄)₂S₂О₈ в присутності іонів Аg⁺ як каталізатора окиснює іони Мn²⁺ до МnО₄^-. Розчин забарвлюється в малиново-фіолетовий колір:

Виконання реакції У пробірку вміщують 2-3 кристалики (NН₄)₂S₂О₈ (або 1,0 мл 50% його розчину), добавляють 0,5 мл 2 н. розчину HNO₃ і 2-3 краплі 0,1 н. АgNO₃. Суміш нагрівають (не кип’ятять), у гарячий розчин занурюють скляну паличку, змочену досліджуваним розчином, і нагрівають до 50-70°С пробірку протягом 1-2 хвилин. В присутності Мn²⁺-іонів розчин забарвлюється в малиново-фіолетовий колір.

Виявлення іонів Мп²⁺ за допомогою бензидину.

Бензидин в кислому середовищі в присутності окисників, в тому числі і МnО(ОН)₂, окиснюється в бензидинову синь.

Виявленню іонів Мn²⁺ за цією реакцією заважають іони Аg⁺, Ві³⁺ і окисники.

Виконання реакції. На смужку фільтрувального паперу наносять краплю розчину, що досліджується, на цю краплю добавляють 2 - 3 краплі розчину лугу. При цьому утворюється гідроксид марганцю Мn(ОН)₂. Через 3 - 5 хвилин на пляму наносять 1 краплю оцтовокислого розчину бензидину. В присутності марганцю пляма синіє.

Дія калій гексаціаноферату (II) К₄[FeCN)₆]. В присутності іонів NH₄⁺ калій гексаніаноферат (II) утворює з іонами Са²⁺ білий осад КNН₄Са[Fе(СN)₆] або (NH₄)₂Ca[Fe(CN)₆]:

Осад не розчиняється в оцтовій кислоті. Реакцію слід виконувати при рН>7,0. Реакції не заважають іони Sr²⁺.

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину в пробірці добавляють декілька крапель аміачно-амонійного буферного розчину і 2 - 3 краплі К₄[Fе(СN)₆]. Пробірку з розчином нагрівають до кипіння. При наявності іонів Са²⁺ випадає білий осад.

Реакція забарвлення полум’я. Леткі солі барію, стронцію і кальцію забарвлюють полум’я в жовто-зелений, карміновочервоний і червоний колір відповідно.

Реакції іонів Fе²⁺, Al³⁺

Реакції іонів Fе²⁺

а) Дія калій гексаціанофорату (III) К₃[Fе(CN)₆] Іони Fе²⁺ утворюють з гексаціанофератом (ІІІ)-іонами осад темно-синього кольору, так звану турнбулеву синь Fе₃[Fе(СN)₆]₂.

Ця реакція є характерною для виявлення іонів Fе²⁺:

Осад не розчинюється в кислотах, але розкладається лугами, в результаті чого утворюється Fе(ОН)₂.

б) Окиснення Fе²⁺ до Fе³⁺. В той час, як іони Fе³⁺ проявляють властивості слабого окисника, іони Fе²⁺ легко окиснюються багатьма окисниками. Для переведення Fе²⁺ в Fе³⁺ частіше за інші окисники застосовується азотна кислота при нагріванні:

Реакції іонів Аl³⁺

Дія NН₄ОН А1³⁺-іони при взаємодії з розчином NН₄ОН утворюють малорозчинний гідроксид алюмінію А1(ОН)_з білого кольору: А1(ОН)_з розчиняється у надлишку лугів з утворенням

комплексного гексагідроксоалюміната (II) - іону [А1(ОН)₆]^3-.

При кип’ятінні лужного розчину [А1(ОН)₆]^3-; в який введено високу концентрацію NH₄⁺-іонів (насичений розчин солі амонію), випадає білий аморфний осад А1(ОН)₃:

Ця реакція часто використовується для виявлення іонів А1³⁺.

Реакція іонів Аl³⁺ з алізарином S та алюмінатом. - Іони АІ³⁺ з алізарином S (натрієвою сіллю 1,2-діокснантрахінон-3-сульфокислоти) утворюють внутрішньокомплексну сполуку червоного кольору, яка не розкладається в оцтовій кислоті: А1(ОН)[С₁₄H₅O₃(OH)₂SO₃Na]₂. Іони Fе³⁺, Вi³⁺, Сu²⁺ заважають реакції, оскільки вони теж утворюють забарвленні осади.

За цією реакцією іони АІ³⁺ виявляють в слабкокислому середовищі при рН=4,2-4,6. В таких умовах алізарин S має жовтий колір. У лужному середовищі реактив має фіолетове забарвлення, маскує при цьому червоний колір алізаринату алюмінію і заважає виявленню іонів АІ³⁺.

Виконання реакції. До 3-5 крапель розчину, в якому виявляють іони А1³⁺, добавляють 2 н. розчин NаОН до сильно лужної реакції. Якщо випадає осад, його відокремлюють центрифугуванням. До прозорого центрифугату додають 2-4 краплі 0,2% розчину алізарину S при цьому розчин забарвлюється у фіолетовий колір, і окремими краплями - 2 н. розчин оцтової кислоти до зникнення фіолетового забарвлення. Поява червоного осаду або червоного забарвлення свідчить про наявність в розчині іонів АІ³⁺.

Реакцію можна виконати краплинним способом. Для цього на смужку фільтрувального паперу наносять краплю розчину K₄[Fe(CN)₆] і в центр утвореної плями вносять краплю розчину, в якому виявляють іони А1³⁺. При цьому всі катіони II, III і V аналітичних груп, які можуть заважати виявленню іонів Аl³⁺, осаджуються у вигляді малорозчинних гексаціанофератів і залишаються в центрі плями, тоді як іони А1³⁺ дифундують на периферію плями.

Після цього пляму обробляють аміаком; тримаючи папір з плямою над отвором склянки з розчином аміаку і змочують зовнішню зону плями розчином алізарину S. Потім знову обробляють пляму газоподібним аміаком. Папір з плямою висушують і зовнішню зону плями змочують розчином оцтової кислоти. Поява рожевого кільця на зовнішній зоні плями свідчить про наявність в розчині іонів А1³⁺.

Алюмінон-амонійна сіль ауринтрикарбонової кислоти:

утворює з іонами А1³⁺комплексну сполуку червоного кольору.

Виконання реакції. До 2-3 крапель розчину добавляють 2-3 краплі оцтової кислоти, 2-4 краплі 0,1% розчину алюмінону, нагрівають, добавляють розчин NH₄ОН до запаху і 2-3 краплі 2М розчину (NН₄)₂СОз. У присутності іонів А1³⁺ випадає червоний осад або розчин забарвлюється в червоний колір.

Іони Fе³⁺, Вi³⁺, Сu²⁺ та деяких інших металів заважають, виявленню іонів алюмінію за цією реакцією. їх можна відокремити від іонів Аl³⁺ осадженням гідроксидів надлишком NаОН або КОН. Потім прозорий центрифугат, в якому знаходяться гідроксоалюмінат-іони [Аl(OН)₆]^3- підкислюють оцтовою кислотою і далі реакцію виявлення іонів Аl³⁺ виконують, як описано вище.

Реакції іонів Fe³⁺

Дія NH₄ОН на іони Fe³⁺, Вi³⁺. При взаємодії іонів Fе³⁺ і Ві³⁺ з розчином NH₄ОН утворюються осади коричневого гідроксиду заліза Fе(ОН)₃ і білого гідроксиду вісмуту Ві(ОН)з:

Осади розчиняються в кислотах, але не розчиняються в лугах і надлишку гідроксиду амонію

Дія гексаціаноферату (II і III) К₄Fе(СN)₆] і K₃[Fe(CN)₆]. Іони Fe³⁺ утворюють з калій гексаціанофератом (II) темно-синій осад Fe₄[Fe(CN)₆] так званої “берлінської лазурі”:

Ця реакція є характерною реакцією на іони Fе³⁺. Осад Fе₄[Fе(СN)₆]₃ не розчиняється в розведених мінеральних кислотах, але розчиняється при добавленні великого надлишку реактиву. При дії лугів осад розкладається з утворенням гідроксиду заліза (III):

Перебігу реакції заважають аніони, які утворюють з іонами Fе³⁺ більш стійкі комплексні сполуки: PO₄^3-, C₂O₄^2-, F^- тартрат-іони та інші.

Виконання реакції. До 2-3 крапель розчину в пробірці добавляють 2-3 краплі розчину К₄[Fе(СN)₆]. В присутності Fе³⁺-іонів утворюється осад синього кольору.

Реакція придатна для виявлення іонів Fе³⁺ в суміші катіонів всіх інших аналітичних груп.

Калій гексаціаноферат (III) К₃[Fе(СN)₆] утворює з іонами Fе³⁺ осад темно-коричневого кольору Fe[Fe(CN)₆]:

Дія амоній тіоціанату NH₄SCN(KSCN). Іони заліза Fе³⁺ з роданід-іонами утворюють комплексні сполуки інтенсивно-червоного кольору, в яких склад може змінюватися від Fе(SCN)²⁺ до [Fе(SCN)_б]^3- Реакцію виконують в кислому середовищі при рН=2. Виявленню іонів Fе³⁺ за допомогою тіоціанат-іонів заважають F^-, РО₄^3--іони, тартрати, які утворюють з іонами Fе³⁺ більш стійкі безбарвні сполуки, ніж комплекси заліза (III) з тіоціанат-іонами:

а також сильні окисники, які окиснюють SCN^- iони, і сильні відновники, які відновлюють іони Fе³⁺ до Fе²⁺-іонів.

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину добавляють 1 - 2 краплі хлороводневої кислоти і 3 - 4 краплі розчину (NН₄)SCN або КSCN. В присутності іонів Fе³⁺ розчин забарвлюється в інтенсивно червоний колір.

Реакції іонів Сr³⁺

Дія NH₄OH на іони Сr³⁺. Іони Сг³⁺ при взаємодії з розчином NН₄ОН утворюють малорозчинний гідроксид хрому Сг(ОН)₃ сіро-зеленого кольору.

Cr³⁺+3NH₄OH↔Cr(OH)₃↓+3NH₄⁺

Осад Сг(ОН)₃ розчиняється в кислотах і надлишку лугів:

Окиснення іонів Сr³⁺ до СrО₄^2- іонів в лужному середовищі. В лужному середовищі іони Сг³⁺ окиснюються до СгО₄^2_ при дії хлорної, бромної води або пероксиду водню:

Іони СгО₄^2_ жовтого кольору. Наявність іонів СrO₄²- можна підтвердити утворенням в кислому середовищі при дії пероксиду вод­ню надхромової кислоти Н₂СrO₆ синього кольору.

Виконання реакції. До 3 - 5 крапель розчину, в якому виявляють іони Сг³⁺, добавляють по краплям розчин NаОН чи КОН до сильнолужної реакції, 5 - 7 крапель 3% розчину Н₂О₂ і нагрівають розчин до кипіння. Поява жовтого забарвлення внаслідок утворення іону СгО₄^2- свідчить про присутність іонів Сr³⁺ в розчині.

Потім до 3-5 крапель розчину, одержаного після окиснення іонів Сr³⁺ до СrО₄^2-, добавляють по краплям НС1 або Н₂SО₄ до кислої реакції і 0,5 см³ амілового спирту, 5 - 7 крапель розчину Н₂О₂ і вміст пробірки збовтують. В присутності Сr₂О₇^2-_ іонів верхній шар амілового спирту забарвлюється в інтенсивно-синій колір внаслідок утворення легкорозчинної в ньому надхромової кислоти.

Окиснення іонів Сr³⁺ амоній або калій персульфатом (NH₄)₂S₂O₈ (K₂S₂O₈) відбувається в азотнокислому середовищі і в присутності нітрату срібла як каталізатора:

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину, в якому виявляють іони Сг³⁺, добавляють 3-5 крапель 2 н. HNО₃, 2 - 3 краплі 0,1 н. розчину АgNO₃ 5 - 7 крапель 50% розчину (NН₄)₂S₂О₈ і суміш нагрівають. В присутності іонів Сг³⁺ розчин забарвлюється в жовтий колір, внаслідок утворення Сг₂О₇^2- іонів. Якщо в розчині присутні іони Мn ⁺², то з’являється малиново-фіолетове забарвлення, яке обу­мовлене утворенням іонів МnО₄^-. Для їх розкладу, а значить і окиснення іонів Cr³⁺ перманганатом калію КМпО₄ відбувається в азотнокислому або сірчанокислому середовищі і у відсутності іонів Сl^-, бо останні окиснюються перманганатом і заважають перебігу реакції.

Виконання реакції. До 3 - 5 крапель розчину добавляють З краплі 2 н. розчину Н₂S0₄ або НN0₃, 1 мл 0,1 н. розчину КМnО₄ нагрівають протягом 3 - 5 хвилин. У присутності іонів Сг³⁺ розчин іабарвлюється в оранжевий колір. У частині розчину після охолодження виявляють іони Сг₂О₇^2- утворенням надхромової кислоти Н₂СrО₆.

Окиснення іонів розчином КМnО₄ в слабокислому середовищі супроводжується утворенням темно-бурого осаду МnО(ОН)₂:

Осад МпО(ОН)₂ відокремлюють від розчину центрифугуваням, а в розчині іони Сг₂О₇^2- іони виявляють дією Н₂О₂ в кислому середовищі і утворенням надхромової кислоти Н₂СrO₆.

Реакції осадження СrО₄^2-(Сr₂О₇^2-) іонів. З іонами Аg⁺, Hg²⁺, Рb²⁺ іони СгО₄^2- (Сг₂О₇^2-) утворюють малорозчинні хромати:

Осад Аg₂СгО₄ цеглисто-червоного кольору, розчиняється в HNО₃, і в NH₄OH:

Осад ВаCrO₄ жовтого кольору розчиняється в мінеральних кислотах, але не розчиняється в оцтовій кислоті.

Осад PbCrO₄ розчиняється в HNO₃ і лугах:

Виявлення іонів Сr³⁺ в присутності катіонів інших груп.

Бензидин окиснюється біхромат-іонами в кислому середовищі до бензидинової сині:

Виконання реакції. На годинникове скельце наносять краплю розчину, 2 краплі 3% розчину Н₂О₂, 2—3 краплі 6 н. NaОН. Суміш трохи нагрівають. Потім за допомогою капілярної трубочки обережно переносять розчин з осадом на фільтрувальний папір так, щоб осад утворювався на папері в місці дотику капіляра. Іони СrO₄² дифундують до периферії плями і навколо осаду утворюється кільце, в якому заходяться іони СгО₄². Кільце змочують оцтовим бензидином. В присутності СгО₄²- іонів навколо центра плями утворюється синє кільце. Утворення забарвлених перлів бури з солями хрому.

Н атрій тетраборат Na₂В₄О₇∙10Н₂О при сплавленні з сполуками хрому утворює забарвлені в смарагдово-зелений колір перли хромметаборату

Реакції іонів Вi³⁺

Дія біхромат-іонів на іони Вi³⁺(К₂Сr₂О₇). Біхромат калію К₂Сг₂О₇ в ацетатному буферному розчині (рН=4-5) утворює з іонами Ві³⁺ осад біхромату вісмутила (ВіО)₂Сг₂О₇ жовтого кольору:

Взаємодія солей вісмуту з водою. Солі вісмуту, особливо хлориди, гідролізуються, в результаті чого утворюється білий осад вісмутилу хлориду

Дія на іони Ві³⁺ йодиду калію КI. Калій йодид утворює з іонами Ві³⁺ чорний осад вісмут йодиду ВіІ₃. ВіІ₃ розчиняється в надлишку реактиву, внаслідок чого утворюється темно-оранжева комплексна сполукa К[ВіІ₄]:

Комплекс КВіІ₄ використовується як характерний реагент на алкалоїди (стрихнін, хінін та інші), з якими він утворює сполуки, що не розчиняються у воді.

Реакції відновлення іонів Bi³⁺ металами: Zп, Fе. Іони вісмуту Ві³⁺ відновлюються такими металами як залізо, цинк до металічного стану:

Реакцію виконують в слабкокислому середовищі при рН<7. Перебігу реакції заважають іони Аg⁺, Нg₂²⁺, Нg²⁺, Sb^Ш, Sb^V, Сu²⁺, Аs^1II, Аs^V та деякі інші.

Відновлення іонів Під дією натрій гексагідроксостанату (II) Na₄[Sn(OH)₆] Іони Ві³⁺ відновлюються гідроксостанатом (II) [Sп(ОН)₆]^4- в лужному середовищі до металічного вісмуту чорного кольору:

Перебігу реакції заважають іони Аg⁺, Нg₂²⁺, Нg²⁺. Гексагідроксостанат (II) повинен бути свіжо-приготовленим. Для цього до розчину SnС1₂ добавляють NаОН чи КОН, при цьому випадає осад Sп(ОН)₂, який розчиняють в надлишку лугу:

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину SnС1₂ в окремій пробірці добавляють при перемішуванні розчин NаОН до повного розчинення осаду Sn(ОН)₂. В другій пробірці до 2 - 3 крапель розчину, в якому виявляють іони Ві³⁺, добавляють в надлишку розчин NaOH при цьому випадає осад гідроксидів металів. До цього осаду приливають розчин гексагідроксостанату (II) з першої пробірки. Почорніння осаду свідчить про присутність іонів Ві³⁺. При виконанні реакції виявлення іонів Ві³⁺ за допомогою гексагідроксостанату (II) слід уникати великого надлишку концентрованого розчину лугу: в сильно лужному розчині внаслідок реакції диспропорціювання [Sn(ОН)₆]^4- може випасти металічне олово у вигляді чорного осаду:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: