Аналітична класифікація катіонів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналітична класифікація катіонів

1. Аналітичні реакції та вимоги, яким вони повинні відповідати

реакція іон аналітичний катіон

До якісних аналітичних реакцій відносять ті хімічні реакції, які супроводжуються певним аналітичним сигналом: утворенням характерних осадів, забарвлених сполук, виділенням газів, тобто продуктів реакції, які легко встановити без удавання до спеціальних методів їх дослідження. Знаючи склад продукту реакції, роблять висновок про наявність в складі аналізуємої речовини того чи іншого елемента, іона або молекули.

Речовини, які викликають характерні перетворення, називають реактивами або реагентами. За ступенем чистоти реактиви поділяють на чотири групи (кваліфікації або марки): «хімічно чисті» (х. ч.), «чисті для аналізу» (ч. д. а.), «чисті» (ч.) та «технічні». В аналітичних лабораторіях застосовують реактиви лише перших двох кваліфікацій.

Частіш за все вибирають ті реактиви, які утворюють нерозчинні продукти, тобто осади. Такий прийом надає наступні переваги перед іншими методами:

а) уже по самому факту утворення осаду можна зробити висновок про наявність того чи іншого компонента. Наприклад, по утворенню осаду, який випадає з кислого розчину при дії хлориду барію можна говорити про наявність сульфатів:

б) за зовнішнім виглядом осаду можна зробити деякі висновки. Наприклад, осад - чорного кольору, - червоно-бурого кольору, - шоколадного, - безбарвний сирнистий і т.д.; велику інформацію дає і форма кристалів, консистенція осаду: кристалічний, аморфний, драглистий тощо;

в) осад можна відділити від розчину фільтруванням або центрифугуванням, а потім більш детально дослідити з метою його ідентифікації, і часто в ході аналізу ці операції полегшують аналіз розчину - фільтрату або центифугату.

В інших випадках застосовують такі реактиви, які викликають характерне забарвлення розчину. Так, наприклад, при приливанні насиченого розчину аміаку до розчину, який містить іони міді(ІІ) з'являється інтенсивно синє забарвлення внаслідок реакції:

Ще в інших випадках застосовують такі реактиви, які викликають виділення газів, наприклад, при відкритті солей амонію - , карбонатів - , сульфідів - .

Отже не всяка реакція може застосовуватись як якісна аналітична реакція. Вона повинна задовольняти наступні вимоги:

1) супроводитись тим чи іншим аналітичним сигналом;

2) відбуватись швидко, практично миттєво;

3) бути практично незворотною;

4) бути максимально специфічною і відрізнятись високою чутливістю.

Четверта з викладених вище вимог буде обґрунтована в наступних розділах лекції.

2. Загальні (групові) та індивідуальні (специфічні) аналітичні реакції

Розрізняють загальні та індивідуальні аналітичні реакції. Загальними реакціями називають такі, при яких реактив реагує з декількома іонами. Наприклад, загальною реакцією для , , та є їх взаємодія з - іонами, з якими вони утворюють білі кристалічні осади , , . Використання цих реакцій дає можливість аналітику судити про наявність або відсутність цілої групи іонів.

Індивідуальними реакціями є ті, при яких певні реактиви утворюють характерні сполуки з одним іоном. Важливою характеристикою індивідуальних реакцій є їх специфічність. Специфічність - це така ознака аналітичної реакції, яка характеризує можливість відкривати одні речовини в присутності інших за допомогою характерного аналітичного сигналу. Чим більше сторонніх речовин дозволяє визначити певний компонент системи, тим більш специфічною є реакція і відповідний реагент, і тим більш цінною. Наприклад, дуже специфічною є реакція на елементарний йод за допомогою крохмалю, яка супроводжується появою інтенсивно синього забарвлення.

3. Реакції відкриття та відокремлення іонів

В якісному аналізі розрізняють реакції відкриття, виявлення або розпізнання іонів і реакції відділення або розділення іонів. Прикладом реакції відкриття є реакція цього іону з :

Відділити іони один від одного можна, наприклад, додаванням реактиву, який утворює малорозчинні сполуки з одними іонами і який не реагує з іншими. Так, , , , можна відділити від додаванням , який повністю осаджує катіони лужно-земельних металів у вигляді карбонатів. Ефективними методами розділення є екстракція, іонний обмін та інші.

4. Чутливість аналітичних реакцій і способи їх підвищення

Чутливість реакції визначається найменшою кількістю аналізуємої речовини, яка може бути знайдена реактивом в 1 мм³ розчину.

Чутливість реакції виражають такими взаємопов'язаними величинами як відкриваємий мінімум, мінімальна (гранична) концентрація, граничне розведення.

Відкриваємий мінімум - це найменша кількість речовини, яка міститься в розчині, і може бути відкрита даним реактивом за певних умов проведення реакції. Ці величини звичайно дуже малі і виражаються в мікрограмах (1 мкг=10^-6 г). Наприклад, відкриваємий мінімум - іонів при визначенні їх у вигляді складає 0,1 мкг в 1 мм³ гранично розведеного розчину.

Мінімальна або гранична концентрація показує, при якій мінімальній концентрації речовини в розчині певна реакція дає можливість знайти цю речовину. Наприклад, ця величина для наведеного вище прикладу з складає 1:10000 (1 г на 10000 г. (мл) води). Звичайно, ця величина може бути перерахована на масову частку або молярну концентрацію.

Граничне розведення визначається числом мілілітрів водного розчину, який містить один грам речовини, яку відкривають за допомогою даного реактиву. В даному прикладі воно дорівнює 10000 мл. Отже, граничне розведення є величиною, зворотною граничній концентрації.

Таким чином, аналітична реакція тим чутливіша, чим менший відкриваємий мінімум, чим менша гранична концентрація і чим більше граничне розведення. В якісному аналізі застосовують такі реакції, в яких відкриваємий мінімум складає від десятків до тисячних часток мікрограма при граничній концентрації від 1:1000 до 1:50000000.

Підвищити чутливість аналітичної реакції можна перш за все за рахунок підвищення концентрації аналізуємої речовини в розчині (концентрування). Для цього застосовують упарювання розчинів, екстракцію сполук органічними розчинниками, співосадження, хроматографічне концентрування. Підвищити чутливість можна застосуванням хімічно чистих реактивів, вільних від будь-яких домішок, які заважають протіканню реакції або провокують побічні реакції.

Нагрівання, яке сприяє підвищенню швидкості реакції, призводить, однак, до збільшення розчинності осаду, в наслідок чого чутливість реакції знижується. Так, осадження - іонів за допомогою гексагідроксостибіату (V) калію краще іде на холоді, оскільки розчинність при нагріванні сильно збільшується, і осад не випадає.

Додавання надлишку реактиву сприяє підвищенню чутливості реакції, але іноді приводить до розчинення осаду в зв'язку з утворенням комплексу. Зрозуміло, що чутливість при цьому різко понижується. Це стосується, наприклад, визначення у вигляді червоного осаду :

На чутливість реакції сильно впливає кислотність або лужність середовища. Багато реакцій проходять лише в строго визначеному середовищі.

Чутливість реакцій можна підвищити придушенням негативного впливу сторонніх іонів. Цей прийом носить назву маскування. Особливо часто в аналізі використовують маскуючі комплексоутворювачі: тіосечовина, оксикислоти (лимонна, оксалатна), комплексони. Приклад з визначенням :

- синій

- червоний

- безбарвний.

5. Дробний і систематичний хід аналізу

Реакції, які дозволяють відкривати іони в окремих порціях складної суміші при умові усунення впливу сторонніх іонів, називають дробними реакціями. Метод аналізу, який базується на застосуванні дробних реакцій, називається дробним аналізом. При застосуванні цього методу послідовність відкриття катіонів і аніонів не має особливого значення. При дробному методі аналізу використовують специфічні реакції, які дозволяють відкривати даний іон в присутності інших. Проте цей метод дає можливість відкривати обмежене число (від одного до п'яти) іонів за їх спільної присутності, при цьому склад суміші повинен бути заздалегідь приблизно відомим.

Повний аналіз багатокомпонентної суміші можна провести, якщо застосувати систематичний аналіз. У цьому випадку дотримуються певного порядку і послідовності розділення і наступного відкриття іонів. Тому для дослідження беруть одну відносно велику пробу розчину і використовують схожість і відмінність властивостей іонів по відношенню до дії так званих групових реактивів. Групи іонів іноді додатково розділяють на підгрупи, і лише потім в рамках підгрупи виділяють індивідуальні іони і відкривають їх за допомогою характерних реакцій. Іншими словами, при виконанні систематичного аналізу до відкриття іонів приступають головним чином після виділення їх іонів, які заважають такому відкриттю.

6. Кислотно-основна класифікація катіонів

Відомі декілька аналітичних класифікацій катіонів. Історично першою була так звана сірководнева класифікація, запропонована М.О. Меншуткіним в 1871 р. Проте вона має один великий недолік, пов'язаний з необхідністю використовувати високотоксичний сірководень. Тому останнім часом все ширше використовують кислотно-основну класифікацію, сутність якої зрозуміла з таблиці.

Таблиця 1. Кислотно-основна класифікація катіонів

Основними властивостями катіонів, які використані при розробці цієї класифікації, є розчинність їх хлоридів, сульфатів і гідроксидів, а також амфотерність гідроксидів катіонів ІV групи і розчинність гідроксидів VІ групи у концентрованому аміаку, тобто здатність їх утворювати амінокомплекси.

Іноді олово, арсен і стибій розглядають у складі аналітичних груп аніонів. Це пов'язано з тим, що в розчинах вони здебільшого існують у вигляді ацидокомплексів, координуючи гідроксо-, хлорид - та інші іони.

7. Комплексні сполуки в якісному аналізі

В розділі 4 цієї лекції вже була відзначена роль, яку відіграють комплексні сполуки при розчиненні осадів, а також при маскуванні іонів, що заважають аналізу. Окрім того, реакції утворення комплексних сполук і подвійних солей широко застосовуються як для розділення іонів, так і для їх остаточного відкриття, про що йтиметься в майбутньому. Тому корисно повторити матеріал з неорганічної хімії, що стосується теорії комплексних сполук.

Найбільш важливими у цьому відношенні є наступні розділи:

· донорно-акцепторний або координаційний тип хімічного зв'язку;

· координаційна теорія А. Вернера;

· класифікація комплексних сполук та їх номенклатура;

· стійкість комплексних сполук та деякі їх властивості, важливі для аналізу;

· комплексні сполуки, подвійні солі та кристалогідрати.

Размещено на Allbest.ru