Вопросы и ответы к зачёту по качественному анализу

1. Что такое дробный и систематический анализ?

Задачей качественного химического анализа является изучение методов исследования качественного состава вещества. Поскольку анализ проводят в водном растворе, практическая задача качественного анализа сводится к обнаружению катионов и анионов, присутствующих в анализируемом растворе, с оценкой: «много», «мало», «следы». Если в растворе присутствует только одна соль, то ее катион или анион легко могут быть обнаружены с помощью каких-либо характерных реакций. Выполнить ре­акции можно пробирочным, капельным или микрокристал­лоскопическим методами.

Однако эти способы эффективны только тогда, когда в растворе находится одна или небольшое число солей. Если же раствор представляет собой сложную смесь ионов, обнаружение одного из них является более трудной задачей, так как присутствующие в растворе посторонние ионы, вступая в реакцию с реагентом, мешают об­наружению. Анализ сложной смеси ионов проводят систематическим или дробным методами.

Систематический метод качественного анализа основан на том, что вначале с помощью групповых реагентов разделяют смесь ионов на группы и подгруппы, а затем уже в пределах этих подгрупп обнаруживают каждый ион характерными реакциями.

Обычно название систематических методов определяется применяемыми групповыми реагентами: сероводородный, кислотно-щелочной, аммиачно-фосфатный, ацет-амидный и др.

В качестве примера анализа систематическим методом рассмотрим обнаружение ионов Na+ сероводородным методом, в котором групповыми реагентами являются газообразный сероводород и сульфиды (NH₄)₂S и (NH₄)₂S_n. К испытуемому раствору добавляют кислоту и пропускают сероводород. При этом осаждаются катионы четвертой и пятой групп в виде соответствующих сульфидов. Полученный осадок отфильтровывают. К фильтрату добавляют водный раствор аммиака до щелочной реакции и (NH₄)₂S. В осадок переходят катионы третьей группы в виде сульфидов и гидроксидов. Осадок отфильтровывают.

К фильтрату добавляют кислоту до кислой реакции по лакмусу и кипятят до исчезновения запаха H₂S. К раствору добавляют водный раствор аммиака до щелочной реакции и (NН₄)₂СО₃. В осадок выпадают катионы второй группы в виде карбонатов. Ион Mg²⁺ в присутствии большого избытка аммонийных солей остается в растворе. Осадок отфильтровывают. В фильтрате остаются катионы Na⁺, К⁺, NH₄ и Mg²⁺. В полученном растворе обнаруживают ион Na⁺ одной из его характерных реакций, например с помощью цинкуранилацетата.

В кислотно-щелочном методе группы катионов последовательно осаждают соляной и серной кислотами и щелочью. Поскольку с изменением реагента меняется и состав осаждаемых групп катионов, то каждый из систематических методов имеет групповую классификацию.

Недостатком всех систематических методов анализа являются громоздкость, оторванность от практики и методов количественного анализа, а также длительность выполнения анализа. Многочисленные операции разделения приводят к значительным потерям обнаруживаемых ионов вследствие явления соосаждения. В связи с этим систематическими методами трудно обнаружить малые количества примесей.

Принципиально отличным от систематических методов анализа является качественный химический дробный анализ, представляющий собой исследования качественного состава вещества с применением дробных реакций.

Дробный метод анализа, в отличие от систематических методов, не может быть основан на классификации ионов построенной на эффекте взаимодействия их с одним или несколькими групповыми реагентами. В качественном химическом дробном анализе для обнаруже­ния одних ионов и устранения мешающего действия других используют многообразие химических свойств ионов и применяемых реактивов. Дробный метод анализа опирается на классификацию, которая определяет все химические свойства элементов и образуемых ими ионов, а именно на периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.

Создателем качественного дробного химического анализа в России Тананаевым Н.А. [[65], с.9] дано следующее определение дробным реакциям: «Дробными реакциями называются такие реакции, при помощи которых можно отделить какой-либо ион от всех других ионов, находящихся вместе с ним в растворе. Характерной реакцией на данный ион мы убеждаемся в том, что он присутствует в растворе, и приблизительно (на глаз) определяем его количество (очень много, много, мало, следы)».

Таким образом, обнаружение иона дробной реакцией выполняется в два приема: сначала с помощью различных реакций создают условия, при которых устраняется влияние мешающих ионов, а затем характерной реакцией устанавливают наличие искомого иона в растворе.

В идеальном случае в дробном анализе предполагается применение характерной реакции, которая, обладая избирательностью действия и достаточной чувствительностью, позволяла бы обнаружить искомый ион в присутствии всех остальных ионов. Однако таких реакций практически не существует. Больше всего условиям дробного определения удовлетворяют реакции с применением органических реагентов. Например, для практикума, включающего ограниченное число катионов, в качестве таких дробных реакций можно рекомендовать обнаружение ионов сурьмы с помощью метилового фиолетового (в таких растворах должны отсутствовать катионы Ga, Tl, In, Тe, которые с метиловым фиолетовым дают аналогичные реакции) или ионов меди (II) с помощью 1,4-дифенилтиосемикарбазида. Обе реакции весьма чувствительны.

В большинстве случаев обнаружению иона в сложной смеси мешают какие-то другие присутствующие в растворе ионы. Например, обнаружению кобальта (II) по синей окраске его комплексного иона [Co(NCS)₄]^2– мешает железо (III), которое с ионами роданида образует окрашенное в красный цвет комплексное соединение. Устранить мешающее действие железа (III), можно различными способами: восстановить Fe³⁺ до Fe²⁺ практически не взаимодействующего с NCS^–, связать Fe³⁺ в бесцветный комплекс [FeF₆]^3– или, используя правило рядов Тананаева, действием суспензии Zn(OH)₂ перевести Fe³⁺ в осадок Fe(ОН)₃. Таким образом, дробным методом обнаружение Со²⁺ выполняется очень просто. К испытуемому раствору добавляют реагент для устранения влияния железа (III), а затем или в этом же растворе, или в фильтрате после отделения осадка Fe(ОН)₃ обнаруживают Со²⁺ характерной реакцией ‑ добавляют избыток роданида и амиловый спирт, получая синий раствор комплексной соли.

Значительно проще и надежнее, чем сероводородным методом можно обнаружить Na⁺ дробным методом в виде желто-зеленого осадка цинкуранилацетата. Выполнению этой реакции мешают окрашенные катионы и катионы, растворы солей которых сильно гидролизуются и имеют рН значительно меньше четырех. Их по правилу рядов Тананаева отделяют действием суспензии гидроксида магния в виде соответствующих гидроксидов: Mg²⁺ переходящий при этом в раствор, обнаружению Na⁺ не мешает. После отделения осадка фильтрованием или центрифугированием к раствору добавляют уксусную кислоту до pH=4 и обнаруживают Na⁺ действием цинкуранилацетата. Эту реакцию можно выполнить и микрокристаллоскопическим методом.

Метод дробных реакций отличается следующими характерными особенностями.

1. Он позволяет обнаруживать тот или иной ион в отдельных порциях раствора в любой последовательности в присутствии других ионов.

2. При выполнении дробных реакций, как правило, исключаются длительные процессы выпаривания и прокаливания.

3. В большинстве случаев анализируют фильтрат, поэтому промывания осадка не требуется.

4. Как общее правило, требуется не больше одного фильтрования при обнаружении каждого иона.

5. Возможность оперировать небольшими объемами исследуемых растворов – в пределах 0,1–0,6 мл.

6. Время, необходимое на обнаружение одного иона, колеблется в пределах 1–10 мин.

Любое дробное определение проводят по одной и той же схеме, а именно: сначала устраняют мешающие ионы, затем обнаруживают искомый ион какой-либо характерной реакцией. Как устранение мешающих ионов может быть проведено самыми различными способами, так и обнаружение искомого иона может быть осуществлено с помощью различных характерных реакций. В этом одно из принципиальных различий дробного метода и систематического, в котором для обнаружения иона применяют всегда одну и ту же схему разделения мешающих и обнаруживаемых ионов.

Дата добавления: 2014-12-26