Якісні реакції та хід аналізу катіонів ІІІ і IV аналітичних груп

Размещено на http://www.allbest.ru/

Якісні реакції та хід аналізу катіонів ІІІ і IV аналітичних груп

1. Іонний добуток води. Водний і гідроксильний показники. pH як важливий фактор, що зумовлює перебіг аналітичних реакцій

гідроксильний водневий амфотерність реакція

Контроль та регулювання кислотності розчинів, в яких відбувається аналітичні реакції, мають велике, іноді вирішальне значення. Так, наприклад, визначення іонів К⁺ у вигляді гексанітрокобальтіату може бути успішним лише у нейтральному або слабко лужному середовищі. При взаємодії представника ІІІ аналітичної групи катіону Ва²⁺ з дихроматом калію осадження його відбувається лише частково у зв'язку з виділенням сильної кислоти:

2BaCl₂+K₂Cr₂O₇+H₂O2BaCrO₄v+2KCl+2HCl

Додавання ж у реакційну суміш ацетату натрію призводить до створення слабко кислого середовища і повного осадження Ва²⁺:

2BaCl₂ +K₂Cr₂O₄+2CH₃COONa+H₂O= 2BaCrO₄v+ 2KCl+2NaCl+ 2CH₃COOH

І таких прикладів багато. Тому побіжно згадаємо матеріал із загальної хімії.

Оскільки вода є слабким електролітом, вона дисоціює за схемою:

H₂O=2H⁺+OH ^- (точніше 2H₂O=H₃O⁺+OH^-)

За звичайних умов (20^?С) іонним добуток води [H⁺] [OH^-]=10^-14 і [H⁺]=[OH^-]=10^-7моль.

Водневий показник рН= - lg10^-7=7.У кислому середовищі ця величина менша 7, у лужному - більша 7. Іноді користуються величиною гідроксильного показника рОН=-lg[OH^-]

рН+рОН=14. Отже рОН=14-рН.

2. 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.

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.

3. Особливості характерних реакцій катіонів ІІІ групи

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-=CaC₂O₄v

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=SrSO₄v+CaCl₂

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

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)₂v=2Na [Zn(OH)₄]

Zn(OH)₂v+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:

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.

5. Особливості характерних реакції катіонів IV аналітичної групи

Про деякі особливості характерних реакцій згадувалося у попередньому розділі. Додамо, що тут використовуються і органічні реактиви. Так, для відкриття іонів Al³⁺ використовуються алізарин, а для Zn²⁺-дитизон. Решта реакцій в усіх деталях будуть вивчені під час виконання лабораторних робіт.

6. Аналіз сумішей катіонів III і IV аналітичних груп

Систематичний хід аналізу суміші III групи стає зрозумілим після розгляду схеми

Размещено на http://www.allbest.ru/

Як бачимо, схема аналізу базується на відмінностях властивостей катіонів, відмічених у розділах 2 і 3 цієї лекції.

Хід аналізу суміші катіонів IV аналітичної групи викладений у лабораторному практикумі з якісного аналізу.

7. Зв'язок між загально хімічними та аналітичними елементами

Переконливим доказом існування такого зв'язку є співпідіння деяких підгруп періодичної систем з аналітичними групами. Так, достатньо порівняти склади Ia і IIa підгруп з відповідно I і III групами аналітичної класифікації. Елементи родини заліза Co i Ni входять, як катіони, до VI групи.

Окрім вертикальної та горизонтальної аналогії у властивостях елементів, приклади яких наведені вище при розгляді таблиць класифікації катіонів і аніонів можна помітити прояви діагональної та валентної аналогії. Відмічалась подібність Li⁺ до Mg⁺ (діагональна аналогія), Al³⁺ до Cr³⁺, а також групи катіонів Mg²⁺, Mn²⁺ і Fe^3+, що знаходяться у V групі (валентні аналогії). Дуже схожими за властивостями є аніони, утворені фосфором і арсеном у ступені окиснення +5.

Размещено на Allbest.ru