Лекция Историческая справка и основные положения аналитической химии

• Название: Лекция Историческая справка и основные положения аналитической химии
• Дата: 11.01.2023
• Размер: 287.62 Kb.
• Имя файла: an_himiya.docx
• Тип: Лекция; #881230
• страница: 5 из 13

Первая аналитическая группа катионов: К⁺, Na⁺, NН₄⁺, Mg²⁺
Почти все соли калия, натрия, аммония и большинство солей магния хорошо растворимы 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 слабым 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. Гидроксид магния - слабое основание, плохо растворимое в воде. Труднорастворимы также фосфат магния и карбонат. Гидроксокарбонат магния растворяется в избытке солей аммония и при действии карбонатом аммония в присутствии хлорида аммония в осадок не выпадает. Поэтому при систематическом 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 обнаруживают 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 случаях, когда в их состав входят окрашенные анионы, например: перманганат, хромат или дихромат -ионы.
Катионы 1 аналитической группы содержатся в почвах как в подвижном, доступном для усвоения растениями состоянии, так и в связанном. Они вносятся в почву в виде минеральных удобрений. Калий в виде -калийной селитры, сульфата, хлорида и других солей. Натрий - составная часть чилийской селитры (NаNО₃). Магний входит в состав доломита СаСО_З•МgСО₃ . Ион аммония содержится в аммонийной селитре, сульфате и хлориде аммония, в аммофосе NH₄H₂PО₄ и диаммофосе (NН₄)₂HPО₄.
Ионы калия, магния, аммония необходимы для минерального питания растений.

Большое содержание солей натрия указывает на засоленность почв.
Анализ водных вытяжек из почвы на наличие этих катионов используют для определения пригодности почв для возделывания различных культур.
Оценка качества природных вод включает пробы на присутствие ионов аммония. Наличие в воде аммиака и солей аммония служит признаком загрязненности, так как эти соединения образуются при гниении белков.
Продукты детского и диетического питания также подвергаются обязательному исследованию на содержание натрия, калия и магния.
Вторая аналитическая группа катионов: Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺
Катионы 2 группы, в отличии от катионов 1 группы, образуют малорастворимые в воде карбонаты. Поэтому их осаждают действием карбоната аммония, который является групповым реактивом.
Осадки карбонатов кальция, бария и стронция могут быть получены и 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,

26

что ион NH₄⁺ можно предварительно открыть дробным методом.
Из солей кальция, бария и стронция также не растворимы сульфаты, фосфаты и оксалаты. Однако осаждение серной кислотой проводится редко, так как сульфаты не растворимы в сильных кислотах и щелочах и с большим трудом снова переводятся в раствор. Осаждение фосфорной и щавелевой кислотой не проводят 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.
Соли кальция используют для улучшения почв: в сильно кислые почвы для нейтрализации вводят известняк СаСО₃; а в солонцеватые - гипс CaS0₄•2H₂O. Кальций входит в состав минеральных удобрений: фосфоритной муки Са₃(РО₄)₂, суперфосфата Са(Н₂РО₄)₂ + CaS0₄, кальциевой селитры Са(НСО₃)₂ и т.д.
Растворимый гидрокарбонат кальция Са(НСО₃)₂ находится в природных водах, сообщая им временную жесткость. Арсенит и арсенат кальция используют как сельскохозяйственные яды.
Ионы бария ядовиты. Карбонат и хлорид бария используют в сельском хозяйстве как яды. Поэтому обнаружение ионов бария проводят при распознавании ядохимикатов.
Радиоактивный изотоп стронция ⁹⁰Sr, образующийся при ядерных реакциях, представляет большую опасность для здоровья и жизни.
Реакции катионов второй группы

Реактивы		Катионы
	Са2+	Ba2+	Sr2+
(NH4 )2СО3, Nа2СО3,	СаСО3↓ белый	ВаСО3↓ белый	SrСО3↓ белый
К2СО3
Na2HP04	СаНРО4↓ белый	ВаНРО4↓ белый	SrHP04↓ белый
(NH4)2C204	СаС2Н4↓ белый	ВаС2О4↓ белый	SrC204↓ белый
H2S04 и растворимые
сульфаты	CaS04↓ белый	BaS04↓ белый	SrS04↓ белый
К4[Fe(CN)6]+NH4Cl	Ca(NH4)2 [Fe(CN)6] ↓	Ba(NH4)2•Fe(CN)6]↓,	────
	белый	белый
CaS04		BaS04↓ выпадает	SrS04↓
		сразу	выпадает не сразу
К2Сr207		ВаСrО4↓ желтый	─────
Окрашивание	Кирпично- красное	Желто-зеленое	Карминово-красное
пламени

27

и ZnO₂^2-, хром -

Железо образует и MnO₄^-, хром -
Катионы третьей аналитической группы: Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Cr²⁺

• 
  третьей аналитической группе относят катионы алюминия, железа(II), железа(III), марганца (II), цинка, хрома(III). Они характеризуются большим разнообразием свойств.
  

Алюминий и цинк проявляют постоянную валентность. Гидроксиды этих элементов и хрома обладают амфотерными свойствами; это свойство используется для отделения алюминия, хрома и цинка от других катионов третьей аналитической
группы. Алюминий образует ионы АI³⁺ и АlО^2-, цинк - ионы Zn²⁺ ионы Сr³⁺ и СrО₂^-.
Железо, марганец и хром проявляют переменную валентность. ионы Fe²⁺, Fe³⁺, FeO₄^2-, марганец - ионы Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺, MnО₄^2-

ионы Cr³⁺, CrO₄^2-, Cr₂0₇^2-.
Изменение валентности этих элементов осуществляется сравнительно легко, поэтому для них характерны 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.
Окраска растворов солей элементов третьей аналитической группы

	А13+,	3+	2-	2-	3+	2+		2+	-	2-
Ион	Zn2+	Cr	СrО4	Сr2О7	Fe	Fe	Mn		MnO4	МnО4
Окраска	Бесцвет-	Зеленая		Оранже-	Красно-	Бледно-	Бледно-		Малиново-
		или фио-	Желтая							Зеленая
раствора	ная	летовая		вая	бурая	зеленая	розовая		фиолетовая

Катионы третьей аналитической группы образуют сульфиды, нерастворимые в воде, но растворимые в кислотах. В отличие от них сульфиды 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 использованы как групповой реактив, так как с ними

• 
  раствор будут введены 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 аммиака. Катионы третьей группы в зависимости от воздействия на них гидр оксида аммония в присутствии хлорида аммония подразделяют на две подгруппы:
  

1 подгруппа:
катионы аллюминия, хрома(III), железа (III), осаждаемые водным аммиаком в присутствии хлорида аммония.
2 подгруппа:
катионы железа(II), марганца(II), цинка не осаждаемые таким образом. Катионы третьей группы, подобно катионам второй группы и магния,
образуют труднорастворимые карбонаты и гидрофосфаты. Кроме того, они обладают способностью образовывать комплексные соединения.
Обнаружение и количественное определение катионов третьей группы

28

связано главным образом с анализом почв, микроудобрений, растительного и животного материала, продовольственного сырья и продуктов питания (особенно детских и диетических), так как эти катионы имеют важнейшее биологическое значение.
Алюминий в больших количествах содержится в кислых подзолистых почвах, снижая урожайность многих культур. Соли алюминия применяют для очистки природных вод.
Железо содержится в тканях всех растений и животных. Оно входит в состав гемоглобина крови животных, участвует в синтезе хлорофилла зеленых растений. При недостатке железа в почве у растений развивается хлороз, т.е. отсутствие зеленой окраски из-за пониженного содержания хлорофилла. Избыток железа в почве так же вреден для растений. Многие соли железа (лактат, сульфат, глицерофосфат) применяют в ветеринарии как антианемические средства.
Марганец, цинк, хром - микроэлементы, необходимые для нормального течения обменных процессов у растений и животных. Недостаток марганца в почве способствует развитию у них различных заболеваний; в крови - приводит к возникновению „марганцевого рахита‖. Нехватка цинка ведет к нарушению синтеза хлорофилла, витаминов, ауксинов у растений, витаминов и ферментов у животных и человека.
Избыток цинка в почвах, продуктах питания, сырье является токсичным для человека, животных и растений. Согласно гигиеническим нормативам качества и безопасности продовольственных продуктов и сырья предельно допускаемое содержание цинка: в мясе- 70,0 мг/кг., в молоке - 5,0 мг/кг., в яйце-50,0 мг/кг.