Анализ смесей катионов

Групповыми реагентами в качественном анализе катионов являются кислоты, сильные основания, аммиак, карбонаты, фосфаты, сульфаты щелочных металлов, окислители и восстановители. Объединение веществ в аналитические группы основано на использовании сходства и различий в их химических свойствах.

К наиболее важным аналитическим свойствам относятся способность элемента образовывать различные типы ионов, цвет и растворимость соединений, способность вступать в те или иные реакции.

Групповые реагенты выбирают из общих реактивов, поскольку необходимо, чтобы групповой реагент выделял относительно большое число ионов. Основной способ разделения – осаждение, т.е. деление на группы, основано на различной растворимости осадков катионов в определенных средах. При рассмотрении действия групповых реагентов можно выделить следующие группы:

Таблица 1

Группа	Катионы
Сульфатная	Ba^2+, Sr^2+, Ca^2+
Хлоридная	Ag^+, Pb^2+, Hg^2+
Тиосолей	Sn^2+, Sn(IV), Sb^3+, Sb(V), Hg^2+
Гидроксидная	Sn^2+, Sn(IV), Pb^2+, Sb^3+, Sb(V), Cr^3+, Al^3+, Zn^2+
Аммиачная	Co^2+, Ni^2+, Cu^2+, Ag^+, Zn^2+, Cd^2+

Кроме того, остаются три катиона (Na⁺, K⁺, NH₄⁺) не образующие осадков с указанными групповыми реагентами. Их также можно выделить в отдельную группу.

Помимо указанного общего подхода, при выборе групповых реагентов исходят из значений произведений растворимости осадков, т.к. варьируя условия осаждения, можно разделить вещества из группы действием одного и того же реагента.

Наибольшее распространение получила кислотно-основная классификация катионов. Достоинства кислотно-основного метода систематического анализа: а) используются основные свойства элементов – их отношение к кислотам, щелочам; б) аналитические группы катионов в большей степени соответствуют группам периодической системы элементов Д.И. Менделеева; в) значительно сокращается время проведения анализа по сравнению с сероводородным методом.

Исследование начинают с предварительных испытаний, в которых устанавливают рН раствора по универсальному индикатору и обнаруживают ионы NH₄⁺, Fe³⁺, Fe²⁺ специфическими и селективными реакциями.

Разделение на группы. Общая схема на группы дана в табл.2. В анализируемом растворе прежде всего отделяют катионы I и II групп. Для этого 10-15 капель раствора помещают в пробирку и добавляют по каплям смесь 2М HCl и 1М H₂SO₄. Оставляют осадок на 10 мин, затем его центрифугируют и промывают водой, подкисленной HCl. В осадке смесь хлоридов и сульфатов Ag⁺, Pb²⁺, Ba²⁺, Ca²⁺. Возможно и присутствие основных солей сурьмы. В растворе катионы III-VI групп.

Из раствора отделяют III группу прибавлением нескольких капель 3%-го H₂O₂ и избытка NaOH при нагревании и перемешивании. Избыток пероксида водорода удаляют кипячением. В осадке - гидроксиды катионов IV-V групп, в растворе – катионы III и VI групп и частично Ca²⁺, который может неполностью осадиться в виде CaSO₄ при отделении I и II групп.

Из осадка отделяют катионы V группы. Осадок обрабатывают 2н Na₂CO₃ и затем избытком NH₃ при нагревании. Катионы V группы переходят в раствор в виде аммиакатов, в осадке – карбонаты и основные соли катионов IV группы.

Таблица 4

Классификация катионов по кислотно-основному методу

Группа	Катионы	Групповой реагент	Растворимость соединений
I	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	2М HCl	Хлориды нерастворимы в воде
II	Ca^2+,Sr^2+,Ba^2+	1M H2SO4	Сульфаты нерастворимы в воде
III	Zn^2+, Al^3+, Cr^3+, Sn^2+, Sn(IV), As	4M NaOH (изб.)	Гидроксиды амфотерны, растворяются в избытке щелочи
IV	Mg^2+, Mn^2+, Fe^2+, Fe^3+, Вi^3+, Sb^3+, Sb(V)	25%-й NH3	Гидроксиды нерастворимы в избытке NaOH или NH3*
V	Co^2+, Ni^2+, Cu^2+, Cd^2+, Hg^2+	25%-й NH3 (изб.)	Гидроксиды растворяются в избытке NH3 c образованием комплексных соединений
VI	Na^+, K^+, NH4^+	Нет	Хлориды, сульфаты, гидро-ксиды растворимы в воде

* Гидроксид магния растворяется в смеси NH₃+NH₄Cl

Таким образом, после разделения катионов на группы получили четыре пробирки, содержащие: а) осадок хлоридов и сульфатов катионов I-II групп; б) раствор смеси катионов III и VI групп; в) раствор аммиакатов катионов V группы; г) осадок карбонатов и основных солей катионов IV группы. Каждый из этих объектов анализируют отдельно.

Достоинство систематического анализа – получение достаточно полной информации о составе объекта. Недостаток – громоздкость, длительность, трудоемкость. Полностью схемы систематического качественного анализа осуществляются редко. Обычно их используют частично, если есть сведения о происхождении, приблизительном составе образца, а также в учебных курсах аналитической химии.

Дата добавления: 2014-01-07