Лекция № 5. Анализ катионов

При систематическом анализе принято деление катионов и анионов на аналитические группы. Наиболее удобная, применяемая и в настоящее время классификация катионов, разработана Н.А. Меншуткиным в 1871 г. Все существующие ныне классификации предусматривают разделение катионов на 5 или 6 аналитических групп на основании следующих их свойств:

1.На различии растворимости хлоридов, карбонатов, сульфатов или гидроксидов.

2. На амфотерных свойствах некоторых гидроксидов.

3. На способности ряда гидроксидов образовывать комплексные аммиакаты.

Классификация катионов на аналитические группы

№	Катионы	Групповая характеристика	Групповой реактив	Получаемые соединения
	К^+, Na^+, NH4^+,Mg^2+	Соли и гидроксиды растворимы в воде		
	Ca^2+, Ba^2+, Sr^2+	Карбонаты не растворимы в воде, но растворимы в кислотах. Сульфаты не растворимы в воде и в кислотах.	(NН4)2СО3 2н. раствор	СаСO3↓, ВаСОз↓, SrO3↓ Аморфные осадки белого цвета.
	Al^3+, Fe^2+,Fe^3+, Mn^2+, Zn^2+, Cr^2+.	Сульфиды не растворимы в воде, но растворимы в кислотах. Гидроксиды не -растворимы в воде, но могут растворятся в кислотах	(NH4)2S 6н. раствор	FeS↓, Fе2S3↓- черные, MnS↓-розоватый, ZnS↓- белый, Аl(ОН)3↓- белый, Сr(ОН)3↓-серо-зеленый.
	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	Хлориды не растворимы в воде.	НСl 2н. раствор	AgCl↓, PbC12↓, Hg2C12↓- осадки белого цвета.
	Сu^2+, Co^2+, Ni^2+,Cd^2+, Bi^3+	Гидроксиды и основные соли не растворимы в воде, но растворимы в избытке аммиака.	NH4ОH 2н. раствор в избытке	Раствор Сu(NН3)4^2+- синий, Со(NН3)4^2+- грязно-желтый, Ni(NН3)4^2+ - синий, Сd(NН3)4^2+- бесцветный, Вi(0Н)2Сl↓ - белый.
	Sn^2+, Sn^4+, Sb^3+, Sb^5+, (Аs^3+, As^5+)	Гидроксиды амфотерны. Сульфиды нерастворимы в воде, но растворимы в cульфидах Na, К и аммония.	NaOH, КОН, NH40H, 3н. растворы	H4Sn04↓, Sn(ОН)2↓, НSb02↓, НSbО3↓- белые осадки, растворимые в избытке щелочей.

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, 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.

Дата добавления: 2014-01-07