Некоторые реагенты для идентификации катионов

Таблица 9.

Реагент	Формула	Катион	Продукт реакции
Ализарин	C14H6O2(OH)2	Al^3+	Ярко-красный осадок
Бензидин	C12H8(NH2)2	Cr(VI), Mn(VII)	Соединение синего цвета
Гексагидрооксостибиат калия	K[Sb(OH)6]	Na^+	Белый осадок
Гексанитрокобальтат натрия	Na3Co(NO2)6	K^+	Желтый осадок
Гексацианоферрат (II) калия	K4[Fe(CN)6]	Fe^3+ Cu^2+	Темно-синий осадок Красно-бурый осадок
α-Диметилглиоксим	C4N2H8O2	Ni^2+, Fe^2+, Pd^2+	Ярко-красный осадок
Дипикриламин	[С6H2(N02)3]2NH	K^+	Оранжево-красный садок
Дитизон в хлороформе	C13H12N4S	Zn^2+	Малиново-красный раствор
Дихромат калия	K2Cr2O7	Ca^2+	Оранжевый осадок
Магнезон ИРЕА	C16H10O5N2SClNа	Mg^2+	Ярко-красная окраска раствора
Мурексид	C8H6N6O6	Ca^2+ Sr^2+, Ba^2+	Раствор красного цвета Раствор фиолетового цвета
Родамин Б	C24H21O1N2Cl	[SbCl6]-	Раствор синего цвета
Хромоген черный	C20H13O7N3S	Mg^2+	Раствор винно-красного цвета

Идентификация анионов. Анионы обычно классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам. Так многие анионы (SO₄^2-, SO₃^2-, CO₃^2-, SiO₃^2-, F^-, PO₄^3-, CrO₄^3- и др.) имеют групповой реагент BaCl₂ в нейтральной или слабо кислой среде, так как соли бария и этих анионов мало растворимы в воде. Групповым реагентом в растворе HNO₃ на ионы Cl^-, Br^-, I^-, SCN^-, CN^-, S^2-, ClO^-, [Fe(CN)₆]^4- и др. служит AgNO₃. Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам приведена в табл. 10.

Таблица 10.

Классификация анионов

по окислительно-восстановительным свойствам

Групповой реагент	Анионы	Групповой признак
Восстановители
KMnO4 + H2SO4	Сl^-, Br^-, I^-, SCN^- C2O4^2-, S^2-, SO3^2-, NO2^-	Обесцвечивание раствора
I2, крахмал + H2SO4	S^2-, SO3^2-, S2O3^2-	Обесцвечивание раствора
Окислители
KI + H2SO4 + (крахмал)	CrO4^2-, MnO4^-, ClO^- ClO3^-, NO2^-, BrO3^-	Окрашивание раствора
MnCl2 + HClконц	NO3^-, CrO4^2-, NO2^-, ClO3^- [Fe (CN)6]^3-, ClO^-, MnO4^-	Окрашивание раствора
Инертные
	СО3^2-, SO4^2-, SiO3^2-, РО4^3-, F^-, BO2^-

Таблица 11.

Некоторые реагенты для идентификации анионов

Реагент	Формула	Ион	Продукты реакции
Антипирин, 5 %-ный в H2SO4	C6H5C3HON2(CH3)2	NO2^-	Раствор ярко-зеленого цвета
Антипирин, 5 %-ный в H2SO4	C6H5C3HON2(CH3)2	NO3^-	Раствор ярко-красного цвета
Дифениламин в H2SO4	(C6Hs)2NH	NO3^-	Раствор темно-синего цвета
Парамолибдат аммония в HNO3	(NH4)6Mо7O24^.4H2O	PO4^3-	Желтый осадок
Родоизонат бария	-	SO4^2-	Обесцвечивание раствора

Анионы можно обнаружить дробным анализом. Для этого групповой реагент ступенчато приливают к анализируемому раствору, первыми выпадают в осадок соединения с наименьшими значениями ПР. Отдельные ионы могут быть обнаружены с помощью тех или иных специфических реакций или реагентов. Например, при воздействии на анионы CO₃^2- кислотой протекает реакция с выделением пузырьков диоксида углерода:

CO₃^2- + 2H⁺ D H₂CO₃ D H₂O + CO₂

Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы (табл. 11).

Таким образом, химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение белого или окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.

11.2. Количественный анализ вещества. Химические методы анализа

Количественным анализом вещества называется определение содержания (концентрации, массы и т.п.) компонентов в анализируемом веществе. С помощью количественного анализа выявляют массовые соотношения компонентов в анализируемом образце, концентрацию вещества в растворе или в газе. При количественном анализе измеряют те или иные химические, физико-химические и физические параметры анализируемого образца, которые зависят от его состава или содержания того или иного компонента. В большинстве методов полученные при анализе результаты сравнивают со свойствами известных веществ. Результаты анализа обычно выражают в массовых долях, в процентах.

Количественный анализ проводят в определенной последовательности, в которую входит отбор и подготовка проб, проведения анализа, обработка и расчет результатов анализа. Как и в качественном анализе, различают макрометоды, полумикрометоды, микро- и ультрамикрометоды.

Количественный анализ широко используется для изучения состава руд, металлов, неорганических и органических соединений. В последние годы особое внимание обращается на определение содержания токсичных веществ в воздухе, водоемах, почвах, в продуктах питания, различных товарах.

Все методы количественного анализа можно разделить на две большие группы: химические и инструментальные. Это разделение условно, так как многие инструментальные методы также основаны на использовании химических законов и свойств веществ.

Химические методы обнаружения и определения основаны на химических реакциях четырех типов: кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексообразования и осаждения. Наибольшее значение среди химических методов анализа имеют гравиметрический и титриметрический методы, они называются классическими.

Гравиметрический метод. Сущность метода заключается в получении труднорастворимого соединения, в которое входит определяемый компонент. Для этого навеску вещества растворяют в том или ином растворителе, обычно в воде, осаждают с помощью реагента, образующего с анализируемым соединением малорастворимое соединение с низким значением ПР. Затем после фильтрования осадок высушивают, прокаливают и взвешивают. По массе вещества находят массу определяемого компонента и проводят расчет его массовой доли в анализируемой навеске. Имеются разновидности гравиметрического метода. Например, в методе отгонки анализируемый компонент выделяют в виде газа, который взаимодействует с реактивом. По изменению массы реактива судят о содержании определяемого компонента в навеске.

Одним из основных недостатков гравиметрического метода является его трудоемкость и относительно большая продолжительность. Менее трудоемким является электрогравиметрический метод, при котором определяемый металл, например медь, осаждают на катоде (платиновой сетке). По разности массы катода до и после электролиза определяют массу металла в анализируемом растворе. Однако этот метод пригоден лишь для анализа металлов, на которых не выделяется водород (медь, серебро, ртуть).

Титриметрический (объемный) анализ состоит в том, что раствор с известной концентрацией (титрант) добавляют небольшими порциями к анализируемому раствору. Этот процесс называют титрованием. Титрование прекращается при достижении точки эквивалентности, т.е. достижения эквивалентности реагента титруемого раствора и анализируемого компонента. Титрометрия по точности уступает гравиметрическому методу, однако отличается высокой экспрессивностью (быстротой).

Существует несколько разновидностей титриметрического анализа: кислотно-основное титрование, осадительное титрование, комплексонометрическое титрование и окислительно-восстановительное титрование.

В основе кислотно-основного титрования (протолитометрии) лежит реакция нейтрализации H⁺ + OH^- " H₂O Метод позволяет определить концентрацию кислоты или катионов, гидролизирующихся с образованием ионов водорода, титрованием раствором щелочи (алкалиметрия) или определить концентрацию оснований, в том числе анионов, гидролизирующихся с образованием гидроксид-ионов титрованием растворами кислот (ацидиметрия). Точка эквивалентности устанавливается при помощи кислотно-основных индикаторов, изменяющих окраску в определенном интервале рН.

При осадительном титровании анализируемый раствор титруется реагентом, образующим с компонентом титрованного раствора малорастворимое соединение (М⁺ + Х^- " МХ$). Точка эквивалентности определяется с помощью индикатора, образующего с реагентом окрашенное соединение (осадок). Разновидности осадительного титрования: аргентометрия (титрование проводят раствором нитрата серебра), роданометрия (титрование проводят раствором роданата калия), меркурометрия.

При комплексонометрическом титровании определяемый компонент в растворе титруется раствором комплексона, чаще всего этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЕДТА, комплексона П) или ее двунатриевой соли (комплексона III или трилона Б). Комплексоны являются лигандами и образуют со многими катионами комплексы. Индикаторами точки эквивалентности обычно служат лиганды, образующие с анализируемым ионом окрашенное комплексное соединение. Метод комплексонометрического титрования используется, например, для определения общей жесткости воды. Существует две разновидности комплексонометрии: собственно комплексонометрия и меркурометрия.

Окислительно-восстановительное титрование заключается в титровании раствора восстановителя титрованным раствором окислителя или в титровании раствора окислителя титрованным раствором восстановителя. В качестве титрованных растворов окислителей нашли применение растворы перманганата калия KMnO₄ (перманганатометрия), дихромата калия K₂Cr₂O₇ (дихроматометрия), иода I₂ (йодометрия). Из титрованных растворов восстановителей следует отметить растворы гидразина N₂HU (гидразинометрия).

При перманганатометрическом титровании в кислой среде Mn (VII) (малиновая окраска) переходит в Mn (II) (бесцветный раствор). Например, перманганатометрическим титрованием можно определить содержание нитритов в растворе

2KMnO₄ + 5KNO₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5KNO₃ + ЗН₂О

При дихроматометрическом титровании индикатором служит дифениламин, окрашивающий раствор в синий цвет при избытке дихромат-ионов.

При йодометрическом титровании индикатором служит крахмал. Йодометрическое титрование используется для анализа растворов окислителей, в этом случае титрованный раствор содержит иодид-ион. Например, медь можно определить титрованием ее растворов раствором иодида

2Cu²⁺ + 4I^- = 2CuI + I₂

Затем образующийся раствор титруется титрованным раствором тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ с индикатором крахмалом, добавляемым в конце титрования

2Na₂S₂O₃ +I₂ = 2NaI + Na₂S₄O₆

Итак, существует большое число разновидностей количественного химического анализа, позволяющих определять разнообразные вещества в широких пределах концентраций. Среди химических методов анализа наиболее распространены титриметрические и гравиметрические методы.

Дата добавления: 2013-12-12