Специфичность и селективность

Условия выполнения аналитических реакций, их чувствительность,

Качественные реакции как реакции между ионами

В качественном анализе имеют дело преимущественно с водными растворами

электролитов, т. е. солей, оснований и кислот, диссоциирующих на ионы. Можно

сказать, что каждый ион обладает определенными свойствами, которые он

сохраняет независимо от присутствия в растворе других ионов. Например, катион

водорода, присутствующий в водном растворе любой кислоты, независимо от ее

аниона окрашивает синий лакмус в красный цвет и проявляет другие, характерные

для него свойства.

Поскольку сильные электролиты практически полностью ионизированы, при

смешении растворов в реакцию могут вступать только ионы. Проиллюстрируем это

положение несколькими примерами взаимодействия веществ, дающих при

диссоциации ионы Ва2+ и SО42-:

BаСl2 + H2S04 = BаSО4 ↓ + 2HCl

Bа(NО3)2 + Na 2S04 = BаSО4 ↓+ 2NаNО3

Bа(ОН)2 + K2S04 = BаSО4 ↓ + 2КОН

Продуктом всех этих реакций является белый мелкокристаллический осадок

сульфата бария, не растворимый в кислотах и щелочах.

Получение одного и того же продукта при взаимодействии трех пар различных

соединений легко объясняется ионной теорией. Ведь сущность приведенных трех

реакций может быть выражена следующим ионным уравнением:

Bа2+ + SО42- = BаSО4↓

Следовательно, сульфат бария ВаS04 образуется всякий раз, когда при смешении растворов катионы Ва2+ встречаются с анионами SО42-. Поэтому с помощью сульфат-ионов можно обнаруживать в растворе катионы Ва2+ и, наоборот,

с помощью ионов бария – анионы SО42-. Таким образом, реакции, происходящие в растворах между электролитами, это реакции между ионами. Поэтому аналитическими реакциями обнаруживают не химические вещества, а образуемые ими катионы и анионы. Анализ мокрым путем позволяет уже по результатам качественных испытаний установить формулу соединения. Например, если в исследуемом растворе обнаружены только ионы Na+ и NO3-,то, очевидно, что он содержит нитрат натрия (натриевую селитру). Обнаружив в исследуемом веществе катион Fe3+ и анион S042-, можно считать, что это сульфат железа (III) Fe2(SO4)3.

Выполняя аналитическую реакцию, нужно строго соблюдать определенные

условия, которые зависят от свойств получающегося продукта. При несоблюдении

этих условий результат не может считаться достоверным.

Одним из условий выполнения реакций является среда анализируемого

раствора. Например, нельзя обнаруживать ион Са2+ действием оксалата аммония

(NH4)2C2O4 в присутствии сильной кислоты, так как оксалат кальция СаС2О4

растворим в сильных кислотах. Осадок хлорида серебра AgCl, растворимого в

аммиаке NH4OH, не может быть получен в аммиачной среде. Если осадок какого-

либо вещества выпадает только в нейтральной среде, то анализируемый раствор

предварительно нейтрализуют кислотой или щелочью. Например, осадок

гидротартрата калия KHC4H406 может быть получен только в нейтральной среде.

Другим условием выполнения реакций является поддержание необходимой

температуры раствора. Большинство аналитических реакций выполняют „на

холоду‖, т. е. при комнатной температуре или даже при охлаждении пробирки водой

под краном. Это необходимо, например, при осаждении гексагидроксостибиата (V)

натрия Na[Sb(ОН)6] или гидротартрата калия. Некоторые реакции требуют

нагревания до определенной температуры. Так, обнаружение иона NH4+ действием

щелочи на исследуемый раствор выполняют при нагревании.

Не менее важна достаточно высокая концентрация обнаруживаемого иона в

растворе. Если образующееся соединение малорастворимо и выпадает в осадок при

очень небольшой концентрации открываемого иона, то говорят, что реакция

высокочувствительна. Если же образующееся соединение заметно растворимо в

воде, то реакцию считают малочувствительной. Такие реакции удаются лишь при

сравнительно высокой концентрации обнаруживаемого иона в анализируемом

растворе (или при образовании в растворе окрашенного соединения).

Чувствительность реакций характеризуют количественно при помощи двух

величин - обнаруживаемого минимума и минимальной концентрации.

Обнаруживаемый минимум - это наименьшее количество иона, которое удается

обнаружить с помощью данной реакции (при соблюдении необходимых условий).

Выражают обнаруживаемый минимум в миллионных долях грамма -микрограммах, иногда обозначаемых буквой γ (lγ = 1 мкг = 10 -6 г). Например, при обнаружении иона К+ в виде гексахлороплатината (IV) калия K2[PtCl6] обнаруживаемый минимум составляет 0,1 мкг.

Минимальная концентрация показывает, при каком разбавлении раствора

реакция еще дает положительный результат. При обнаружении иона К+ в виде гексахлороплатината (IV) калия минимальная концентрация выражается отношением 1:10 000. Следовательно, катион К+ можно обнаружить, если на 1 г его в растворе приходится не более 10 000 мл воды.

Гораздо более распространены так называемые селективные, или

избирательные, реакции, которые дают сходный внешний эффект с несколькими

ионами. Например, оксалат аммония образует осадки с ограниченным числом

катионов (Са2+, Ва2+, Sr2+ и др.). Чем меньше таких ионов, тем более выражена

избирательность (селективность) реакции.

Групповыми реактивами называются реактивы, которые одинаково реагируют с

рядом ионов и могут применяться для отделения целой группы сходных ионов от других ионов. Иногда посторонний ион, присутствуя в растворе, не взаимодействует

непосредственно с прибавляемым реактивом, но, тем не менее, понижает

чувствительность выполняемой реакции. По мере увеличения концентрации

постороннего иона отрицательное влияние его усиливается. Наконец, при некотором

предельном отношении концентраций обнаруживаемого и постороннего ионов

реакция становится недостоверной. Например, катион РЬ2+ можно обнаружить в

виде иодида свинца РbI2 действием иодида калия в присутствии постороннего иона

Сu2+, но только в том случае, если концентрация Сu2+ будет превышать

концентрацию РЬ2+ не более чем в 25 раз. В данном случае предельное отношение

концентраций РЬ2+ и Сu2+ равно 1: 25.

Чтобы устранить влияние посторонних ионов, иногда пользуются так

называемыми маскирующими средствами, которые переводят мешающие ионы в

малодиссоциирующие или комплексные соединения. Концентрация посторонних

ионов в растворе сильно понижается и помехи устраняются.

Дата добавления: 2014-01-04