Загальна характеристика IV групи катіонів. Використання явища амфотерності в якіснoму аналізі

Особливості характерних реакцій катіонів ІІІ групи.

Загальна характеристика ІІІ групи катіонів.

До ІІІ аналітичної групи катіонів відносяться Ca²⁺, Sа²⁺, Ba²⁺. Груповим реактивом є 2Н розчин сірчаної кислоти, який з названими іонами утворює білі кристалічні осади. Ca²⁺, щоправда, як видно з таблиці, осаджується неповністю, завдяки помітній розчинності CaSО₄.

Катіони	ДР MeSO4	ДР MeCO3	ДР MeCrO4	ДР MeC2O4
Ca^2+	2,5∙10^-5	3,8∙10^-9	7,1∙10^-4	2,3∙10^-9
Sr^2+	3,2∙10^-7	1,1∙10^-10	3,6∙10^-5	1,6∙10^-7
Ва^2+	1,1∙10^-10	4,0∙10^-16	1,2∙10^-10	1,1∙10^-7

Цей факт повинен бути врахований в процесі аналізу. Краще, звичайно, для осудження катіонів ІІІ групи використовувати карбонати, як це робиться в сірководневій схемі аналізу катіонів. Проте (NH₄)₂Co₃, який там використовується, як груповий реактив, осаджує майже усі інші катіони, окрім І групи. Звертає увагу на себе суттєва відмінність добутків розчинності хроматів калію і стронцію з одного боку і барію з іншого. Тому наведена вище реакція Ва²⁺ з дихроматом застосовується не тільки для його визначення, але й для відділення від Ca²⁺і Sа²⁺.

Більшість сполук катіонів ІІІ групи – безбарвні, малорозчинні у воді. Добре розчинними є їх гідроксиди (окрім Ca(OH)₂), галогеніди (окрім фторидів), нітрати, сульфіди.

Ці катіони стійкі до дії окисників і відновників, є поганими комплексоутворювачами. Тому відповіді реакцій при розділенні і визначенні катіонів майже не застосовуються.

Про визначення катіонів Ва²⁺ у вигляді жовтого осаду BaCrO₄ йшлося у попередніх розділах.

Зважаючи на досить низьку розчинність свого оксилату (див. таблицю величин добутків розчинностей) Ca²⁺ визначають у вигляді осаду цієї солі:

Ca²⁺+C₂O₄^2-=CaC₂O₄↓

Однак, як видно з таблиці, Sr²⁺ і Ba²⁺ перед цим повинні були бути відділені.

Оскільки добуток розчинності SrSO₄ на два порядки нижчий за відповідну величину для CaSO₄, існує можливість визначення Sr²⁺ за допомогою, т.з. ’’гіпсової води’’, яка уявляє собою насичений розчин сульфату калію:

CaSО₄+SrCl₂=SrSO₄↓+CaCl₂

До ІV групи катіонів за кислотно – основною аналітичною класифікацією відносяться іони Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, Sn(IV), As(III), As(V).Груповим осаджувачем є луг, у надлишку якого усі названі іони переходять у розчин. Щодо іонів Sn(IV), As(III) і As(V), то вони навіть у кислому середовищі у зв’язку з координаційною ненасиченостю і перебувають у вигляді аніонних комплексів, і в деяких курсах якісного аналіз і розглядаються саме у такій якості. В лужному середовищі усі перелічені іони перебувають у вигляді оксо – і гідроксокомплексів, наприклад

[Al(OH)₄(H₂O)₂]^-, [Zn(OH)₄]²⁺, AsO₃^3-, AsO₄^3- тощо.

У властивостях даної групи має місце відоме явище амфотерності (двоякості), яке полягає у тому, що їх оксиди і гідроксиди проявляють як кислотні так і основні властивості, тобто реагують як з основами, так і кислотами: наприклад, гідроксид цинку розчиняється як надлишку лугу так і в кислоті:

Zn(OH)₂↓=2Na[Zn(OH)₄]

Zn(OH)₂↓+2HCl=ZnCl₂+2H₂O

Характерною відмінністю іонів IV аналітичної групи є їх схильність (окрім Al³⁺ і Zn²⁺) до окисно-відновних перетворень, що випливає з даних, наведених у наступній таблиці:

Елемент	Ступені окиснення	Окисно-відновні властивості
Al	0, +3
Cr	0, +2, +3, +6	Cr^3+відновник у лужному середовищі Cr2O7^2- - окисник у кислому середовищі
Zn	0, +2
Sn	0, +2, +4	Sn^2+ сильний відновник у лужному середовищі
As	0, +3, +5	AsO3^-3 відновник у слабко лужному середовищі AsO4^3- окисник у кислому середовищі

Так, наприклад, характерною реакцією на катіони Cr³⁺ є їх окиснення у лужному середовищі до жовтого CrO₄^2-:

Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O₂ + 10NaOH = 2Na₂CrO₄ + 3Na₂SO₄ + 8H₂O

В аналізі, окрім звичайних, подвійних, комплексних солей використовуються солі ізополі – та гетрополікислот. Перші з них утворюються шляхом заміни кисню кислотного залишку на двовалентний залишок кисню цієї кислоти, наприклад:

H₃PO₄ – O^2- + HPO₄^2- → H₄P₂O₇

H₃PO₄ – 3O^2- + 3HPO₄^2- → H₆P₄O₁₃

У випадку гетерополікислот кисень заміняється на кислотний залишок іншої кислоти, наприклад:

H₂SO₄ – O^2- + S^2- →H₂S₂O₃

H₂MoO₄ – 2O^-2 + 2Mo₄² =H₂Mo₃O₁₀

(NH₄)₃AsO₄ – 4O^2- + 4Mo₂O₁₀^2-→ (NH₄)₃[As(Mo₃O₁₀)₄]

Остання реакція використовується для відкриття п’ятивалентного арсену за допомогою так званої молібденової рідини.

Дата добавления: 2014-01-04