Аналитическая классификация катионов

1. Групповой реагент должен  осаждать отделяемые ионы практически

полностью, т. е. их концентрация в растворе после осаждения не должна

превышать 10^–6 моль/л.

2. Полученный после действия  группового реагента осадок должен легко переводиться в раствор (растворяться в кислотах, растворах лигандов-

комплексообразователей  и т. д.).

3. Избыток группового  реагента не должен мешать  определению ионов, оставшихся в растворе. Таким образом, в основу классификации катионов в аналитической химии положено различие в растворимости соединений, образуемых катионами с групповыми реагентами, позволяющие разделять отдельные группы катионов. В настоящем пособии используется так называемая сульфидная классификация, по которой все катионы делятся на пять аналитических групп. Согласно этой классификации, разделение начинают с выделения пятой аналитической группы действием хлористоводородной кислоты (групповой реагент), в результате чего образуется нерастворимый в кислотах осадок хлоридов серебра, свинца и ртути (I). Групповым реагентом на четвертую аналитическую группу является сероводород, который пропускают через подкисленный (рН 0.5) раствор, содержащий катионы I – IV групп. При этом в осадке выпадают сульфиды меди, кадмия, висмута, ртути (II), сурьмы (III, V) и мышьяка (III, V), которые не растворяются в минеральных кислотах, но хорошо растворимы в HNO3 (кроме НgS).  Катионы третьей аналитической группы выделяют из раствора действием сульфида аммония (групповой реагент) в присутствии  аммонийной буферной смеси (pH 9). При этом образуются малорастворимые гидроксиды алюминия и хрома, а также сульфиды железа (II, III), кобальта, никеля, марганца и цинка, растворимые в разбавленных минеральных кислотах. На оставшиеся в растворе катионы первой и второй групп действуют раствором карбоната аммония (групповой реагент) при pH около 9, в результате чего в осадок выпадают карбонаты катионов второй аналитической группы – кальция, стронция и бария, хорошо растворимые в кислотах, в том числе и уксусной. После отделения карбонатов второй группы в растворе остаются катионы аммония, натрия калия и магния, относящиеся к первой аналитической группе и не имеющие группового реагента. (см. табл. 1).

Таблица 1Сульфидная классификация  катионов

Группа катионов

I

II

III

IV

V

А

Б

А

Б

Характеристика группы

Сульфиды и карбонаты  растворимы в воде

Сульфиды растворимы в  воде, карбонаты - нет

Сульфиды растворимы в  воде, карбонаты - нет

Сульфиды нерастворимы в  разбавленных кислотых

Гидроксиды амфотерны

Гидроксиды неамфотерны

Сульфиды нерастворимы в Na2S

Сульфиды растворимы в Na2S

Хлориды нерастворимы в воде

Катионы

Na+, K+, NH4+, Li+, Rb+, Cs+, Mg2+

Mg2+, Сa2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+

Be2+,Zn2+, Al3+, Y3+, Sc3+,Ga3+, In3+, Tl3+, Ti(IV), Zr(IV), Hf(IV), Th4+,V(V), Nb(V), Ta(V), Cr3+, U(VI), U(IV),

Fe2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Ni2+

Сu2+, Bi3+, Cd2+

Аs(III, V), Sb(III, V), Sn2+, Sn(IV), Hg2+

Ag+, Hg22+, Pb2+ Ge(IV), Mo(VI), Re(VII), Se(IV), Te(IV)

Групповой реагент

Нет

(NH4)2CO3

(NH4)2S в присутствии NH4OH и NH4Cl

H2S в присутствии HCl

HCl

 

 

1.5 Общая характеристика групп катионов

Первая группа катионов:

К первой группе катионов относятся  катионы К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Li⁺,

Rb⁺, Cs⁺, Mg²⁺ В отличие от катионов других групп, почти все соли этих элементов хорошо растворимы в воде.

Гидроксиды — сильные основания, хорошо растворимые в воде, исключение водный раствор аммиака (гидроксид аммония)

Аналитическим признаком  катионов первой группы является отсутствие группового реактива, т.е. такого реактива, который одновременно осаждал бы все катионы этой группы.(таблица2)

 

 

 

 

 

Таблица 2 Характеристика первой группы катионов по сульфидной классификации

Группа	Представители группы	Растворимость солей	Групповой реагент
Первая	К+, Na+, NH4+, Li+, Rb+, Cs+, Mg2+	Хлориды, карбонаты и сульфиды растворимы в воде	нет

 

 

 

Вторая группа катионов:

Ко второй группе катионов относятся ионы двухвалентных металлов Ва²+, Са²+ и Mg²+. Соли этих металлов большей частью бесцветны. К числу растворимых в воде солей относятся галоген иды, нитраты и ацетаты. Растворимость гидроксидов уменьшается в

ряду Ва²+->-Са²+-> -Mg²+. Гидроксиды Ва(ОН)₂ и Са(ОН)₂ являются сильными основаниями, a Mg(OH)₂ слабое основание.

Групповым реактивом является карбонат аммония (NH )₂Со в присутствии раствора аммиака.

Соли катионов второй группы широко распространены в природе, особенно соединения магния и кальция. Природная  вода содержит в растворе соли магния и кальция, чем обусловлена жесткость  воды. Соли магния необходимы для питания  растений, так как магний входит в состав хлорофилла. Магний содержится в теле человека, в основном в  костной ткани и, кроме того, регулирует работу сердца.

Кальций является одним из основных структурных компонентов  костей человека и животных. Он понижает возбуждение нервной и мышечной ткани, участвует в процессе свертывания  крови.

 

Третья аналитическая  группа

К. третьей аналитической  группе относятся катионы Fe²⁺, Fe³+, Mn²+, Cr³+, Al³⁺, 2n²+. Групповым реактивом является раствор сульфида аммония (NH₄ )₂S в присутствии раствора аммиака. Последний нужен для того, чтобы уменьшить гидролиз сульфида аммония и предотвратить образование ионов HS^-. Так как обычно в лаборатории раствор сульфида аммония готовят пропусканием сероводорода через концентрированный раствор аммиака, то получающийся при этом раствор уже содержит избыток аммиака и при выполнении частных реакций его можно не добавлять.

Действие группового реактива на различные катионы третьей  группы различно. При действии на соли железа (II) и железа (III), марганца и  цинка выпадают осадки сульфидов  соответствующих катионов,  например: уравнении реакции (1)

Fe²⁺ + S²- = FeS. (1)

Осадки FeS, Fe₂S черного цвета, MnS — телесного, ZnS — белого цвета. Цвета осадков сульфидов являются важным для анализа признаком.

Четвертая аналитическая  группа катионов.

К четвертой группе катионов относятся Hg²+, Cu²+, Bi³+, Cd²+, Sn²+, Sn⁴+, Sb³+, Sb⁵+, As⁵+ As³+.

Все катионы этой группы осаждаются сероводородом в виде сульфидов из растворов, содержащих 0,3 н. HCL.

Катионы четвертой группы делятся на две подгруппы: подгруппу  меди и подгруппу олова.

К подгруппе меди относятся  катионы Сu²+, Hg²⁺, Cd²+, Bi³⁺. Все сульфиды этих элементов образуют аморфные осадки. Сульфид ртути HgS наименее растворим, он растворяется только в окислительных смесях, например, в «царской водке». Сульфиды меди и висмута растворяются в горячей 2 н. HNO₃ сульфид кадмия растворим в соляной кислоте средних концентраций.

К подгруппе олова относятся  Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb⁵⁺, As³+, As⁵⁺. Сульфиды этой подгруппы способны растворяться при действии Na₂S, K₂S или (NH )₂S с образованием так называемых тиосолей. Только SnS имеет ярко выраженный основной характер и не растворяется в упомянутых выше растворах.

Гидроксиды меди (II) и олова (II) являются труднорастворимыми слабыми электролитами, а гидроксид олова обладает амфотерными свойствами. Для ртути гидроксиды неизвестны. В том случае, когда можно было бы ожидать образования гидроксида, например, при действии щелочей на растворы солей ртути (II), получается оксид.

Соединения мышьяка и  ртути чрезвычайно токсичны.

Пятая группы катионов.

К пятой  аналитической  группе катионов  относятся РЬ²⁺, Hg₂⁺, Ag+. Групповым реактивом для катионов этой группы является соляная кислота или ее растворимые в воде соли. Сероводород в  кислой среде также осаждает сульфиды катионов пятой  группы.  Ионы РЬ   не осаждаются полностью соляной кислотой, поэтому при анализе смеси катионов четвертой и пятой групп они частично попадают в четвертую группу. Гидроксиды катионов пятой группы являются труднорастворимыми и слабыми электролитами. Гидроксид свинца обладает амфотерными свойствами. Гидроксиды серебра и ртути (I) являются крайне неустойчивыми соединениями и в момент образования распадаются на соответствующий оксид и воду. Все растворимые соединения свинца и ртути ядовиты.

Ионы серебра в очень  низкой концентрации стерилизуют питьевую воду и подавляют развитие бактерий. В медицине для дезинфекции слизистых  оболочек применяются коллоидные растворы серебра со специальными добавками.[2]

 

 

2.Заключение:

Проанализировав теоретические  сведения по теме «аналитическая классификация  катионов» пришел к выводу, что аналитическая химия одна из наиболее прогрессирующих наук современности. Если обратить внимание на сферы применения химического анализа, то не останется сомнений что значение химического анализа очень велико. Из этого следует, что и актуальность изучения и классификации как катионов, так и анионов имеет не маловажное значение для современности

 

Литература:

1. Крешков А.П.Основы аналитической химии. – М.: «Химия» 1970г.
2. Логинов Н.Я. Воскресенский А.Г. Солодкин И.С.Учебное пособие для студентов химико-биологических и биолого-химических специальностей педагогических институтов «Просвещение» 1979г.
3. Полеес М.Э. и др. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ». – М.: Медицина. 1987.
4. Тикунова И.В. Справочник молодого лаборанта-химика. — М.: Высшая школа, 1985
5. Шарло Г. Методы аналитической химии. — М.-Л.: Химия, 1965.
6. www.referat.ru
7. Journal of Chemical Education» (1998, v. 75, № 10, р. 1300–1301) (Периодическая печать)
8. http://profbeckman.narod.ru/radiometr.htm
9. http://him.1september.ru/articlef.php?ID=200002001
10. www.referats.net