Систематичний аналіз невідомої речовини

Першим етапом якісного дослідження складного матеріалу є попередні досліди, результати яких дають можливість визначити напрям подальшої роботи. Досліджуваний зразок може бути розчином або твердою речовиною. Якщо досліджуваний зразок є розчином, то його ділять на три частини: одну частину використовують для попередніх дослідів, другу – для проведення основного аналізу, третю частину використовують для повторного дослідження. Потім відбирають від частини розчину призначеної для основного аналізу пробу і виконують аналіз за описаною нижче схемою. Якщо досліджуваний зразок тверда речовина, слід його спочатку старанно оглянути. Оглядом можна встановити металічний або неметалічний характер має проба. Якщо проба неметалічна (аналіз металічної проби див. нижче), звертають увагу на її колір і кристалічну структуру. Синє або блакитне забарвлення зразка вказує на можливу присутність у ньому йонів Купруму, зелене забарвлення – йонів Ніколу, рожеве – солей Кобальту тощо.

Розглянувши зразок під мікроскопом, можна встановити його однорідність або неоднорідність і, таким чином, зробити попередній висновок про те, чи є досліджуваний матеріал індивідуальною сполукою чи сумішшю кількох речовин.

Для подальшої роботи досліджуваний матеріал необхідно подрібнити, щоб відібрана для аналізу проба була однорідна і відображала справжній хімічний склад усього матеріалу. Зразок розтирають у фарфоровій ступці на дрібний порошок. Для подрібнення твердого матеріалу окремі шматочки спочатку розбивають у сталевій ступці, а потім закінчують розтирання в агатовій ступці.

Для подальшого аналізу готують розчин подрібненого зразка, попередньо підібравши розчинник. Для цього беруть невеликі кількості зразку (на кінчику ножа) і розчиняють їх у воді або кислотах. Вибравши розчинник, розчиняють 0,5-1 г проби в 20-25 см ³ води або кислоти.

Розглянемо аналіз зразка розчинного у воді.

F Розчинення у воді. Пробують розчинити зразок у холодній, якщо не розчиняється то у гарячій воді. Після повного розчинення визначають лакмусом реакцію утвореного розчину. Кисла реакція свідчить про наявність вільних кислот, кислих солей або солей слабких основ і сильних кислот, які легко гідролізуються. Лужна реакція розчину буде тоді, коли в розчині містяться вільні луги, середні та кислі солі слабких кислот і сильних основ. Слід звернути увагу також на колір утвореного розчину: жовтий колір вказує на присутність катіонів Феруму(ІІІ), рожевий – Кобальту(ІІ), яскраво-зелений – Ніколу(ІІ), блакитний – Купруму(ІІ), зелений – Хрому (ІІІ).

Утворений розчин аналізують на всі катіони та аніони.

F Дослідження на катіони першої аналітичної групи.

До 0,5 см³ розчину, який аналізують, приливають 0,5 см³ розчину Na₂CO₃. Якщо осад не випав, то в розчині присутні лише катіони першої аналітичної групи (NH₄⁺, K⁺, Na⁺, Li⁺), тому що всі інші катіони утворюють осади з Na₂CO₃. Із нової проби виявляють катіони першої аналітичної групи (див. систематичний аналіз І групи катіонів).

F Дослідження на катіони другої аналітичної групи.

Якщо при дії Na₂CO₃ випадає осад, то нову порцію розчину обробляють розчином HCl з С_н=2. Осад, що утворюється при дії HCl, відокремлюють центрифугуванням, промивають водою і виявляють у ньому катіони другої аналітичної групи (Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺) (див. систематичний аналіз ІІ групи катіонів).

F Дослідження на катіони третьої аналітичної групи.

До 0,5 см³ розчину, який аналізують, приливають розчин сульфатної (сірчаної) кислоти з С_н = 2 і нагрівають. Якщо осад випав, то це свідчить про наявність катіонів третьої аналітичної групи (Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺), які виявляють за допомогою характерних реакцій (див. систематичний аналіз ІІІ групи катіонів).

F Дослідження на катіони четвертої аналітичної групи

Якщо при дії розчину HCl та H₂SO₄ осад не утворюється, то до 0,5 см³ розчину добавляють надлишок розчину NaOH. Розчинення осаду, що утворився від добавляння перших крапель NaOH, в надлишку лугу свідчить про наявність катіонів четвертої аналітичної групи (Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, Sn (IV)) (див. систематичний аналіз ІV групи катіонів).

F Дослідження на катіони п’ятої аналітичної групи.

Якщо при дії розчину NaOH на розчин, що аналізують, утворюється осад, який не розчиняється у надлишку лугу та концентрованому розчины аміаку,, то це свідчить про наявність катіонів п’ятої V аналітичної групи (Fe²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, Bi³⁺, Mn²⁺) (див. систематичний аналіз групи катіонів), але якщо утворений осад розчиняється у надлишку аміаку, то це свідчить про наявність катіонів шостої аналітичної групи.

F Дослідження на катіони шостої аналітичної групи

До 0,5 см³ розчину, що аналізують, добавляють краплями розчин аміаку. Якщо утворюється осад, який розчиняється у надлишку аміаку, то це свідчить про наявність катіонів шостої аналітичної групи (Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺) (див. систематичний аналіз VІ групи катіонів).

F Дослідження на аніони першої аналітичної групи.

До 0,5 см³ нейтрального або слабколужного розчину добавляють 0,5 см³ розчину BaCl₂. Якщо осад випадає, то це свідчить про наявність аніонів першої аналітичної групи (див. систематичний аналіз суміші аніонів).

F Дослідження на аніони другої аналітичної групи.

До 0,5 см³ розчину приливають 0,5 см³ розчину нітратної (азотної) кислоти з С_н= 2 і краплями розчин AgNO₃. Випадання осаду свідчить про наявність аніонів другої аналітичної групи.

F Дослідження на аніони третьої аналітичної групи.

Якщо від дії розчинів BaCl₂ i AgNO₃ осади не випали, то, можливо, присутні аніони третьої аналітичної групи, які виявляють характерними реакціями.

Іноді на перший погляд здається, що речовина не розчиняється у воді, але може бути і так, що частина речовини розчинилась, а частина залишилась нерозчинною. У такому разі нерозчинний залишок відфільтровують і кілька краплин фільтрату обережно випаровують досуха. Речовину можна вважати такою, що не розчиняється у воді, якщо після випаровування не залишається ніякого сухого залишку. Якщо сухий залишок залишається, то фільтрат досліджують окремо за описаною схемою аналізу зразка розчинного у воді, а тверду речовину, яка не розчиняється у воді пробують розчиняти в кислотах.

Якщо зразок не розчиняється у воді, його розчиняють в кислотах.

Розчинення в кислотах. Розчиняють речовину в хлоридній кислоті (С_н=2) при звичайній температурі і, якщо потрібно, при нагріванні, а потім, якщо зразок не розчиняється, пробують розчинити його в концентрованій НСl також без та при нагріванні. Уважно стежать за явищами, що відбуваються при розчиненні. Наприклад, карбонати, які не розчиняються у воді, при розчиненні в кислотах бурхливо виділяють вугле­кислий газ. Запах сірководню або сірчистого газу вказує на присутність сульфідів, сульфітів або тіосульфатів металів. Виділення бурого газу може свідчити про наявність в пробі нітритів або одночасно нітратів і аніонів-відновників. У соляній кислоті не розчиняється ряд сполук, на які діє нітратна кислота, наприклад сульфіди Купруму, Гідраргіруму, Бісмуту. Тому, неза­лежно від проб із хлоридною кислотою, другу частину речовини розчиняють в нітратній кислоті.

В обох випадках слід позбутися надлишку введеної кислоти випарюванням, бо цей надлишок заважатиме осадженню сульфідів деяких мета­лів сірководнем. Але випарювання хлориднокислих розчинів може призвес­ти до втрати ряду елементів, хлориди яких леткі, наприклад AsCl₃, HgСl₂ та ін.

Якщо речовина не розчиняється і в нітратній кислоті, тоді розчиняють її в царській горілці. У царській горілці розчиняється, наприклад, сульфід ртуті, на який не діє розведена нітратна кислота.

Якщо в попередніх дослідах встановлено розчинність зразка в кисло­тах, 0,5 г речовини обробляють розчином нітратної кислоти (С_н=2) (або кон­центрованої HNО₃ чи її сумішшю з НСl) і розчин обережно випарюють досуха, стежачи за тим, щоб сухий залишок не піддавався дії високої температури, бо при високій температурі нітрати важких металів роз­кладаються і утворюються оксиди, які погано розчиняються в кислотах. Сухий залишок розчиняють потім у хлоридній кислоти (С_н=2). Якщо в зразку містяться йони Плюмбуму(ІІ) або Арґентуму, в осаді залишаються хлориди цих металів. Осад відфільтровують. Фільтрат і осад досліджують за загальною схемою аналізу суміші катіонів усіх шести груп.

Частина проби, що не розчиняється в нітратній кислоті або в суміші нітратної і хлоридної кислот, може складатися з галогенідів Арґентуму: AgСl AgBr, AgI, сульфатів Барію, Стронцію і Плюмбуму, прожарених або природ­них оксидів Алюмінію, Феруму(ІІІ), Хрому(ІІІ), Стануму(IV), оксиду Силіцію(IV), деяких природних силіка­тів та мінералів.

Щоб розчинити галогеніди срібла, речовину обробляють розчином сір­чаної кислоти і металічним цинком:

2AgBr + H₂SО₄ + Zn → 2Ag + ZnSО₄ + 2HBr.

Відновлене металічне срібло відділяють фільтруванням і розчиняють в нітратній кислоті, після чого катіони Арґентуму легко виявити в цьому роз­чині характерною реакцією. Фільтрат використовують для виявлення йонів І^–, Вг^–, та Сl^–.

Сульфати барію і стронцію кип'ятять з розчином соди:

BaSО₄ + Na₂CО₃ → ВаСО₃¯ + Na₂SО₄

Таку обробку повторюють кілька разів, декантуючи щоразу розчин з осаду і добавляючи свіжий розчин соди. Осад карбонатів промивають водою і розчиняють у хлоридної кислоти (С_н=2), після чого виявляють катіони Барію і Стронцію характерними реакціями.

Плюмбум(ІІ) сульфат розчиняють у 30% розчині амоній ацетату, а потім виявляють катіони Плюмбум(ІІ) за допомогою розчину хрома­ту Калію.

Нерозчинні оксиди Алюмінію, Феруму(ІІІ) змішують з надлишком KHSО₄, нагрівають суміш до температури 500-600°С у фарфоровому або платиновому тиглі до утворення прозорого сплаву. При цьому від­буваються такі хімічні реакції:

2KHSО₄ → K₂S₂О₇ + H₂О

K₂S₂О₇ → K₂SО₄ + SО₃

A1₂О₃ + 3SО₃ → A1₂(SО₄)₃

Сплав охолоджують, розчиняють у гарячій воді, а потім виявляють у добутому розчині катіони Алюмінію та Феруму(ІІІ) характерними реакціями.

Щоб перевести в розчин оксиди Стануму, їх сплавляють з над­лишком (1:6) суміші сірки і карбонату натрію:

2SnО₂ + 2Na₂CО₃ + 9S → 2Na₂SnS₃ + 2CО₂ + 3SO₂

Сплав розчиняють у гарячій воді й досліджують розчин тіосолей за звичайною схемою аналізу катіонів V групи.

Оксид Силіцію (IV) і силікати, які не розчиняються в кислотах, сплав­ляють з надлишком (1:6) соди або суміші Na₂CО₃ і К₂СО₃. Сплавляти краще в платиновому тиглі. Спочатку слід обережно нагрівати тигель, поки не припиниться енергійне виділення СО₂, а потім – сильніше, до утво­рення прозорого сплаву. Реакція відбувається за рівнянням:

СаО × А1₂О₃ × 6SiО₂ + 7Na₂CO₃ → 6Na₂SiO₃ + CaCО₃ + 2NaA1О₂ + 6CО₂↑

Сплав охолоджують, обробляють концентрованою хлоридною кислотою і випарюють досуха. Сухий залишок розчиняють в хлоридній кислоти (С_н=2 і відфільтровують нерозчинну H₂SiО₃. В утвореному розчині виявляють катіони Кальцію, Алюмінію, Феруму(ІІІ) та інші, які були в силікаті. Осад, що не розчиняється в кислоті, є кремнієвою кислотою.

Добутий таким чином розчин досліджуваної речовини в кислотах, не можна безпосередньо використати для аналізу аніонів. З одного боку, ряд аніонів при обробці зразка кислотами втрачається у вигляді газів, наприклад SО₂, H₂S, CО₂ та ін. Крім того, виявленню аніонів часто заважають присутні в розчині катіони. Тому для аналізу на аніони приготовляють спеціальний розчин: до досліджуваного розчину або твердої речовини добавляють кон­центрований розчин карбонату натрію, суміш кип'ятять і осад відфільтровують. При такій обробці переважна більшість сполук пере­творюється в гідроксиди або карбонати металів. Наприклад:

Ва (NО₃)₂ + Na₂C0₃ → 2NaNO₂ + ВаСО₃

2FeCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂О → 2Fe (OH)₃ + 6NaCl + 3CО₂

SrSO₃ + Na₂CО₃ = SrCО₃ + Na₂SО₃.

У фільтраті містяться розчини солей усіх аніонів з лужними метала­ми, за винятком фосфатів, фторидів, сульфідів і галогенідів, які можуть залишитися в осаді у вигляді Ва₃(РО₄)₂, CaF₂, CuS, AgІ тощо.

Крім того, у розчин переходить також Арсен, Алюміній, Станум, Стибій у вигляді NaAsО₂, Na₃AsО₄, NaА1О₂, Na₂SnО₃, NaSbО₃, a також част­ково Купрум у формі комплексної сполуки. Позбутися цих елементів (за винятком сполук Арсену) можна обережною нейтралізацією розчину ацетатною або хлоридною кислотою. У нейтральному розчині осаджуються відповідні гідроксиди, наприклад: NaAlО₂ + НСl + Н₂О → Al(OH)₃ + NaCl

При нейтралізації треба стежити за тим, щоб не добавити надлишок кислоти, бо тоді гідроксиди, що утворилися, знову розчиняться:

А1(ОН)₃ + 3НСl → A1Сl₃ + 3Н₂О.

З другого боку, можна втратити деякі аніони внаслідок їх розкла­дання кислотами, наприклад: Na₂SО₃ + 2HCl → 2NaCl + SO₂ + H₂О

Нейтралізований розчин відфільтровують від осаду, а фільтрат вико­ристовують для виявлення аніонів за схемою систематичного аналізу суміші аніонів І-ІІІ групи (див. вище).

В осаді після обробки речовини розчином карбонату натрію можуть міститися йони РО₄^3–, S^2–, F^–, I^–, Вг^–.

Щоб виявити фосфат-іони, частину осаду розчиняють в нітратній кис­лоті і добавляють до розчину молібденову рідину (реакція 15 на аніони). Жовтий осад вказує на присутність аніонів РО₄^2-.

Сульфід-іони виявлять, обробляючи частину осаду розведеною сульфатною кислотою. Сірководень, що виділяється, виявляють за запахом або за почорнінням фільтрувального паперу, змоченого розчином плюмбум(ІІ) ацетату.

Щоб виявити фторид-іон, осад висушують і обробляють концентро­ваною сульфатною кислотою; силіцій фторид, що виділяється, виявляють відповідно характерною реакцією. Нарешті, йони І^–, Вг^– виявляють, як описано в аналізі суміші аніонів ІІ аналітичної групи.

Контрольні питання

1. Які розрізняють види проб для аналізу?

2. Що таке представництво проби?

3. Особливості відбору представницької проби твердих матеріалів?

4. Особливості відбору представницької проби неоднорідних рідких речовин?

5. Які документи докладно визначають порядок відбори проби різних видів матеріалів?

6. Яким чином представницьку пробу скорочують до розмірів лабораторної проби?

7. Загальні принципи підготовки проби до аналізу?

8. Що таке екстракція?

9. Назвіть фізичні та хімічні методи розділення і концентрування речовин.

10. З якою метою можуть здійснювати перед аналізом концентрування або розділення речовин проби?

Дата добавления: 2014-01-04