Лекции Лаборант школы (химия). 1 посуда лабораторная
 Скачать 1.87 Mb.
|
Анализ смесей катионовВ химическом анализе неорганических веществ имеют дело пре- имущественно с водными растворами электролитов – соединениями дис- социирующими в растворах с образованием ионов. При систематическом анализе катионы и анионы разделяют на ана- литические группы. Групповыми реагентами в анализе катионов являются кислоты, сильные основания, аммиак, карбонаты, фосфаты, сульфиды ще- лочных металлов, окислители и восстановители. Объединение веществ в аналитические группы основано на использовании сходства и различия в их химических свойствах. Основной способ разделения – осаждение. Все существующие ныне классификации предусматривают разделение катио- нов на 5 или 6 аналитических групп на основании следующих их свойств: На различии растворимости хлоридов, карбонатов, сульфатов или гидроксидов. На амфотерных свойствах некоторых гидроксидов. На способности ряда гидроксидов образовывать комплексные ам- миакаты.  Первая аналитическая группа катионов: К+, Na+, NН4+, Mg2+. Почти все соли калия, натрия, аммония и большинство солей магния хорошо рас- творимы в воде. Поэтому группового реактива, осаждающего все четыре катиона, нет. Калий и натрий относятся к 1 группе периодической системы элементов и образуют сильные щелочи. Гидроксид аммония является сла- бым основанием, но катион аммония близок по свойствам к катиону калия и образует несколько аналогичных малорастворимых солей. Соли аммония разлагаются при нагревании и могут быть удалены прокаливанием. Гид- роксид магния - слабое основание, плохо растворимое в воде. Труднорас- творимы также фосфат магния и карбонат. Гидроксокарбонат магния рас- творяется в избытке солей аммония и при действии карбонатом аммония в присутствии хлорида аммония в осадок не выпадает. Поэтому при систе- матическом анализе ион магния остается в растворе с катионами 1 группы. По этой причине он и отнесен к этой группе.При систематическом анализе катионы калия, натрия и магния обна- руживают в последнюю очередь, так как катионы других групп мешают их обнаружению и должны быть удалены. В водных растворах катионы 1 группы бесцветны, образуемые ими соли имеют окраску только в тех слу- чаях, когда в их состав входят окрашенные анионы, например: перманга- нат, хромат- или дихромат- ионы. Катионы 1 аналитической группы со- держатся в почвах как в подвижном, доступном для усвоения растениями состоянии, так и в связанном. Они вносятся в почву в виде минеральных удобрений. Вторая аналитическая группа катионов: Ca2+, Ba2+, Sr2+ Катионы 2 группы, в отличии от катионов 1 группы, образуют малорастворимые в во- де карбонаты. Поэтому их осаждают действием карбоната аммония, кото- рый является групповым реактивом. Осадки карбонатов кальция, бария и стронция обычно получают при действии на раствор карбонатами натрия и калия. Но при систематическом анализе пользоваться этими реактивами невозможно, так как вместе с ними в исследуемый раствор вводятся ионы Na+ и К+. Использование карбоната аммония оправдано тем, что ион NH4+ можно предварительно открыть дробным методом. Из солей кальция, ба- рия и стронция также не растворимы сульфаты, фосфаты и оксалаты. Од- нако осаждение серной кислотой проводится редко, так как сульфаты не растворимы в сильных кислотах и щелочах и с большим трудом снова пе- реводятся в раствор. Осаждение фосфорной и щавелевой кислотой не про- водят по той причине, что присутствие в растворе фосфат - и оксалат - ионов усложняет анализ. Сульфиды этих элементов, в отличие от катионов 3,4 и 5 групп, хорошо растворимы в воде. В водных растворах катионы 2 группы бесцветны. 4 К третьей аналитической группе относят катионы алюминия, желе- за(II), железа(III), марганца (II), цинка, хрома(III). Они характеризуются большим разнообразием свойств. Алюминий и цинк проявляют постоян- ную валентность. Гидроксиды этих элементов и хрома обладают амфотер- ными свойствами; это свойство используется для отделения алюминия, хрома и цинка от других катионов третьей аналитической группы. Алюми- ний образует ионы Аl3+ и АlО2-, цинк - ионы Zn2+ и ZnO22-, хром ионы Сr3+ и СrО2- Железо, марганец и хром проявляют переменную валентность. Же- лезо образует ионы Fe2+, Fe3+, FeO 2-, марганец - ионы Mn2+, Mn3+, Mn4+, MnО 2- и MnO -, хром ионы Cr3+, CrO 2-, Cr О 2-. Изменение валентности 4 4 4 2 7 этих элементов осуществляется сравнительно легко, поэтому для них ха- рактерны окислительно-восстановительные реакции. Гидроксиды железа и марганца обладают слабоосновными свойствами, растворяются в кислотах, но не растворяются в щелочах. Гидроксиды всех катионов третьей группы не растворимы в воде, но могут переходить в коллоидное состояние. Соли большинства элементов этой группы образуют окрашенные растворы Катионы третьей аналитической группы образуют сульфиды, не- растворимые в воде, но растворимые в кислотах. В отличие от них сульфи- ды первой и второй группы растворимы в воде, а сульфиды четвертой и пятой группы катионов нерастворимы в кислотах. Поэтому в качестве группового реактива используют сульфид аммония. Другие растворимые сульфиды, так же осаждающие катионы третьей группы, не могут быть ис- пользованы как групповой реактив, так как с ними в раствор будут введе- ны катионы первой и второй групп. Присутствие катиона аммония в ходе систематического анализа определяется до введения сульфида аммония, а в дальнейшем катион аммония легко удаляется из раствора в виде аммиа- ка. Катионы третьей группы в зависимости от воздействия на них гидр ок- сида аммония в присутствии хлорида аммония подразделяют на две под- группы: 1 подгруппа: катионы аллюминия, хрома(III), железа (III), осажда- емые водным аммиаком в присутствии хлорида аммония. 2 подгруппа: ка- тионы железа(II), марганца(II), цинка не осаждаемые таким образом. Кати- оны третьей группы, подобно катионам второй группы и магния, образуют труднорастворимые карбонаты и гидрофосфаты. Кроме того, они обладают способностью образовывать комплексные соединения. Обнаружение и ко- личественное определение катионов третьей группы связано главным об- разом с анализом почв, микроудобрений, растительного и животного мате- риала, продовольственного сырья и продуктов питания. Четвертаяаналитическаягруппаобъединяет катионы серебра, свинца, и ртути(I). Общим свойством этих катионов является способность осаждаться под действием разбавленной соляной кислоты и ее солей в ви- де хлоридов-осадков белого цвета. Поэтому соляная кислота является групповым реактивом для катионов этой группы. Кроме того, катионы четвертой аналитической группы образуют нерастворимые сульфиды чер- ного цвета, которые в отличие от катионов 5 группы, не растворяются в сульфидах натрия, калия, аммония. Мало растворимы в воде также фосфа- ты и карбонаты катионов четвертой группы. Растворимые соли подверга- ются гидролизу и их растворы имеют кислую реакцию. В окислительно- восстановительных реакция катионы четвертой группы выступают в роли окислителей и восстанавливаются до свободных металлов. В водных рас- творах катионы серебра, свинца и ртути (I) бесцветны. Соединения ртути 2 содержат группировку -Нg-Hg-, в которой одна из двух связей каждого атома ртути используется на соединения с другим. Соли ртути(I) имеют строение CI-Hg - Hg-Cl или O3N-Hg - Hg-NO3. В этих соединениях на два атома ртути приходится два положительных заряда. Ртуть в этих соедине- ниях является электрохимически одновалентной. При диссоциации этих соединений образуется сложный ион Hg 2+. Соединения катионов четвер- той группы имеют важное биологическое значение. Ионы серебра облада- ют бактерицидным действием. Нитрат серебра применяют в медицине и ветеринарии при эрозиях, язвах, экземах, а также в офтальмологии и сто- матологии. Металлическая ртуть и большинство ее соединений очень ядо- виты. Наиболее токсичны для животных и человека: хлорид (сулема) и йо- дид ртути (II) и органические ртутные препараты. Соединения свинца так- же ядовиты. К наиболее токсичным относятся нитрат, ацетат и гидрок- сохлорид свинца, а так же тетраэтилсвинец. В соответствии с санитарными нормами содержание свинца в 1 л воды не должно превышать 0,1 мг. Катионы пятой группы образуют нерастворимые в воде сульфиды, гидроксиды и основные соли. Гидроксид аммония, который используется как групповой реактив, образует с катионами пятой группы, ярко окра- шенные основные соли, которые, кроме солей висмута, растворимы в из- бытке аммиака. Образующиеся при этом комплексные соли - аммиакаты, также имеют характерную окраску. Катионы меди, кадмия и висмута, кро- ме того, образуют комплексные соединения с цианидами и йодидами. В реакциях окисления-восстановления катионы пятой группы ведут себя как окислители и восстанавливаются до свободных металлов. В водных рас- творах почти все катионы пятой группы окрашены. Объектом качественного анализа на присутствие катионов меди, ко- бальта, никеля, кадмия и висмута являются удобрения, почвы, растения, биологические жидкости, сельскохозяйственное сырье, продовольствен- ные продукты. Избыточное содержание кобальта, как и меди, и кадмия считается токсичным. 4 3 3 Шестая аналитическая группа катионов: Sn2+, Sn4+, Sb3+, Sb5+, As3+, As5+ Олово, мышьяк и сурьма расположены в 4 – 5 группах периодической системы и обладают неметаллическими свойствами. В то же время поло- жение этих элементов в 4-5 периодах также отражается на их свойствах и позволяет в некоторых реакциях давать соединения, характерные для ме- таллов. В частности, сурьма, мышьяк, и олово образуют амфотерные гид- роксиды. В щелочной среде эти гидроксиды диссоциируют с образованием анионов: AsO33-, АsО43-, SbO 3-, SbО 3-,SnО 3-. В кислой среде образуются катионы : Аs3+, As5+, Sn2+, Sn4+, Sb3+, Sb5+. Растворы солей этих катионов, образованных сильными кислотами, имеют кислую реакцию. Мышьяк (III), сурьма (III) и олово (III) в щелочной среде ведут себя как восстанови- тели. Мышьяк (V), cурьма (V) в кислой среде проявляют свойства окисли- телей. Характерной реакцией для катионов 6 группы является образование нерастворимых в воде сульфидов при взаимодействии с сероводородом в кислой среде. Сульфиды катионов 6 группы растворяются в сульфидах натрия, ка- лия, аммония, образуя сульфосоли (тиосоли). Например: ↓Аs2S3 + 3Nа2S = 2Nа3АsS3 тиомышьяковский натрий. Сульфосоли по своему составу по- добны кислородосодержащим кислотам тех же элементов с той разницей, что роль кислорода здесь играет элемент, ему аналогичный – сера. Исполь- зование сероводорода в качестве группового реактива сопряжено с много- численными трудностями. Бессероводородный метод качественного ана- лиза предусматривает осаждение катионов 6 группы (олова и сурьмы) ед- кими щелочами. При этом образуются соединения нерастворимые в воде, обладающие способностью растворяться в избытке щелочей. В водныхрастворах сурьма образует ионы Sb3+, Sb5+, олово Sn2+, Sn4+, мышьяк Аs3+, ( в кислой среде); арсенит ион AsO 3- и арсенат-ион AsO 3- (в щелочной сре- 3 4де). Все эти ионы бесцветны. Соединения мышьяка сильно ядовиты. Про- довольственные продукты и сельскохозяйственное сырье подлежат обяза- тельному анализу на присутствие мышьяка. Предельно допустимое содер- жание мышьяка составляет: в мясе – 0,1 мг/кг, в молоке – 0,05 мг/кг, в яйце – 0,1 мг/кг. |