Аніони та їх суміші

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аніони та їх суміші

План

Аналітична класифікація аніонів

Якісні реакції аніонів 1 аналітичної групи

Якісні реакції аніонів 2 аналітичної групи

Якісні реакції аніонів 3 аналітичної групи

Колоїдні розчини у якісному аналізі

Аналіз суміші аніонів усіх аналітичних груп

1. Аналітична класифікація аніонів

Будь-який електроліт складається, окрім катіонів, з аніонів. Тому аналіз солей, кислот, природних вод і промислових розчинів буде неповним без визначення аніонів. Аніони, як це видно з наступної таблиці, розбиваються на три аналітичні групи. До першої відносяться ті аніони, барієві солі яких погано розчинні. До другої групи аніонів належать ті, які з катіоном Аg утворюють осади, до третьої - решта аніонів.

Зрозуміло, що кількість аніонів значно більша, ніж наведено в таблиці. Просто в даному курсі вивчаються найбільш поширені з них.

2. Якісні реакції аніонів 1 аналітичної групи

Характерна реакція на сульфат - аніон є одночасно і груповою. Відмінність Ва8О4 від інших осадів барієвих солей 1 групи полягає в тому, що він не розчиняється в жодній з кислот, окрім концентрованої сірчаної:

BaSO₄v + H₂SO₄ >Ba(HSO₄)₂

Карбонат-іон, як в розчині, так і в складі осаду при дії кислот виділяє вуглекислий газ. Останній може бути ідентифікований при пропусканні його через вапняну чи баритову воду за помутнінням останніх:

Ba(OH)₂ + CO₂ > BaCO₃v + H₂O

Фосфат-іон можно визначити за допомогою магнезіальної суміші (MgCl₂ + NH₄Cl + NH₄OH). В результаті реакції утворюється білий кристалічний осад MgNH₄PO₄. Реакція перебігає за рівнянням

Na₃PO₄ + MgCl₂ + NH₄Cl > Mg NH₄ PO₄v + NaCl, або

Na₂HPO₄ + MgCl₂ + NH₄OH > Mg NH₄ PO₄v + NaCl + H₂O

Визначенню заважають SiO₃^2-, AsO₄^3- та деякі інші аніони. Іншим реактивом на PO₄^3- є молібденова суміш, яка вже застосовувалась нами для визначення арсенат-аніонів:

H₃PO₄ + 12(NH₄)₂MoO₄ + 21HNO₃ > (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆]v + 21NH₄NO₃ + 10H₂O

Випадає жовтий осад амонійної солі гетерополікислоти.

Характерна реакція на силікат-іон пов'язана з утворенням білого драглистого осаду метасилікатної кислоти при додаванні розведених сильних кислот:

аніон колоїдний розчин реакція

2H⁺ + SiO₃^2- > H₂SiO₄v

Осад утворюється краще при дії хлориду амонію, який не тільки виділяє водневі іони в результаті гідролізу, але й сприяє коагуляції осаду. Нагрівання сприяє гідролізу, отже і проведенню реакції.

Відкриття BO₂^- пов'язане з утворенням летких сполук (наприклад BF₃), які забарвлюють полум'я у зелений колір:

CaF₂ + H₂SO₄ > CaSO₄ + H₂F₂

2 H₂F₂ + NaBO₂ > BF₃^ + NaF + 2H₂O

Сумарне рівняння реакції:

NaBO₂ + 2CaF₂ + 2H₂SO_4(k) > BF₃^ + NaF + 2CaSO₄ + 2H₂O

Реакція шкідлива, тому проводитись в лабораторії не буде.

3. Якісні реакції аніонів 2 аналітичної групи

При визначенні хлорид - іонів їх можна окислити до вільного хлору лише за допомогою сильних окисників (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ тощо). Газоподібний хлор, що виділився, можна ідентифікувати за запахом, кольором або скориставшись вологим йод-крохмальним папірцем. В останньому випадку хлор окиснює йодид-іон до вільного йоду, а той забарвлює крохмаль папірця в синій колір. Але цей метод має той недолік, що пов'язаний з виділенням отруйного газу. Тому частіше користуються властивістю хлориду срібла розчинятися в концентрованому розчині аміаку і наступним осадженням AgCl азотною кислотою:

AgClv + 2NH₄OH > [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H₂O

[Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H⁺ > AgClv + 2NH₄⁺

Згадаймо, що саме ці реакції використовують для відкриття аргентум-іонів.

Ця реакція дає можливість відділити також AgCl від AgBr і AgI. AgBr дуже слабо, а AgI зовсім не розчиняється в аміаці, особливо в спеціально підібраному буферному розчині.

Для визначення бромід- та йодид-іонів використовують їх більший відновний потенціал, порівняно з хлорид - іонами. Особливо зручно користуватись для їх оки-снення хлорною водою (розчин хлору у воді), оскільки відповідні стандартні електродні потенціали Е°. мають такі величини (В):

Сі₂ + 2е = 2Сl^- Е°=1.3б

Вr₂+-2е = 2Вr^- Е°=1.07

І₂ + 2е = 21 Е°=1.3б

Для кращого виявлення вказаних аніонів користуються екстракцією вільних галогенів бензолом. Бензольний шар забарвлюється у випадку брому у жовтий, а йоду -- у фіалковий колір.

Для визначення йодид-іонів можно скористатись також відомою реакцією „золотого дощу".

Сульфід-іон, як відомо, з більшістю катіонів утворює поганорозчинні солі. Розчинні лише сульфіди лужних і лужноземельних металів та амонію. Цим і користуються в якісному аналізі. Так, якщо до 1-2 крапель розчину сульфіду додати 2-3 краплі розчину РЬ(СН₃СОО)₂, випадає чорний осад сульфіду свинцю. Можно скористатись і відновною властивістю S^2-, застосувавши при цьому як окислювач перманганат калію, дихромат калію або хлорну воду. Як правило, при цьому відбувається знебарвлення розчину і випадає тонкодисперсний осад сірки, наприклад:

4.Я кісні реакції аніонів 3 аналітичної групи

Найбільш поширеним реактивом на нітрат - іони є дифеніламін, який діє в сірчанокислому середовищі. У цьому випадку розчин набуває темно-синього забарвлення, яке викликане утворенням продуктів окиснення дифеніламіна. Зрозуміло, що при проведенні цієї якісної реакції не можуть бути присутніми інші окисники. За допомогою цієї ж реакції можуть бути виявлені і нітрит-іони, якщо вони знаходяться окремо від М9?~.

Оцтова кислота та її солі при дії етилового спирту у присутності сірчаної кислоти утворюють оцтовоетиловий ефір, який можно визначити за приємним запахом:

Проте більш розповсюдженою в аналітичній практиці є реакція ацетат-іону із солями заліза (III). При кип'ятінні розчин набуває спочатку чайно-червоного забарвлення, а потім відбувається утворення червоно-бурого осаду основної солі заліза завдяки реакції:

5.Колоїдні розчини у якісному аналізі

При осадженні багатьох катіонів і аніонів у вигляді гідроксидів, сульфідів, а також при проведенні інших аналітичних операцій часто утворюються колоїдні системи (колоїдні розчини або золі).

Наприклад, дуже часто спостерігається лише слабке помутніння при додаванні AgNO₃ в розчин, який містить хлорид-іони, а осад, не дивлячись на перевищення ДР_AgCl, не випадає. Це пояснюється утворенням колоїдного розчину.

Колоїдні розчини на відміну від дійсних (молекулярних) розчинів не уявляють собою гомогенних систем, а є високодисперсними мікрогетерогенними системами. Хоча розміри колоїдних частинок коливаються від 1 до 100 нм і перевищують розмір молекул та іонів у сотні раз (<1нм), їх не видно не тільки неозброєним оком, а часто навіть під мікроскопом. Проте ці частинки розсіюють світло і стають помітними під ультрамікроскопом завдяки ефекту Тіндаля. Колоїдні частинки проходять через найшільніші паперові фільтри, що часто ускладнює хід аналізу, а то й взагалі робить неможливим його проведення.

Частинки більшості колоїдів несуть позитивний (Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Cr(OH)₃) або негативні (H₂SiO₃, H₂Sb(OH)₆, CdS, As₂S₃, AgCl тощо) заряди, що спричиняється адсорбцією на їх поверхню розчину аніонів у першому випадку або катіонів у другому. Ці частинки притягують іони протилежного заряду з розчину, утворюючи так звані міцели. Спрощений запис складу міцели наведено нижче

Наявність у колоїдних частинок зарядів, що спричиняє їх відштовхування ор-дна від одної, утруднює утворення крупніших частинок, здатних під дією гравітації випадати в осад.

Заряджені колоїдні можно спеціальними прийомами з'єднати (згорнути) в крупніші агрегати. Цей прцес носить назву коагуляції. Стійкість зо лей можно понизити і здійснити перевід їх в гелі (осади) додаванням в розчин електролітів (коагулянтів). В якісному аналізі з цією метою частіш за все застосовують леткі кислоти або амонійні солі. Це пояснюється тим, що такі коаголянти при нагріванні можуть бути видалені і тому не викликають ускладнень у ході аналізу. Підвищення температури розчину теж сприяє процесу коагуляції.

При промиванні і тривалому стоянні осадів у контакті з розчином, а також при дії деяких реагентів спостерігається явище, протилежне коагуляції - пептизація. Пептизація, яка частіш за все спостерігається при промиванні осадів чистою водою, пояснюється зменшенням концентрації іонів - коагулянтів, що оточують частинки осаду. Для попередження цього негативного як для якісного, а особливо кількісного аналізу, осади слід промивати не водою, а розчинами відповідних електролітів. Так, осад AgCl промивають розведеною азотною кислотою, NiS i Fe(OH)₃ -- розчином хлориду амонію тощо.

6. Аналіз суміші аніонів усіх аналітичних груп

На відміну від катіонів, аніони, в більшості випадків, не заважають визначенню один одного. Тому вони, за деякими виключеннями, відкриваються дробним методом. Спочатку за допомогою груповихз рекактивів визначають наявність чи відсутність аніонів І і II груп.

Серед аніонів І групи лише SiO₃^2- заважають визначенню PO₄^3-, тому осад полісилікатних кислот, який випал після дії NH₄Cl, треба відділити. Аналіз аніонів II групи носить риси систематичного аналізу і проводиться в наступній послідовності: осадження срібних солей, розчинення в аміаці AgCl і визначення Cl^- у фільтраті. Відкриття I^- і Br^- проводять з однієї проби за допомогою хлорної води і бензолу у наступній послідовності. До водного розчину , що аналізується, додають трохи бензолу і по краплям свіжеприготовану хлорну воду. Суміш постійно струшують. За умови присутності йодид-іонів вони окиснюються першими

2Г + СІ₂ =І₂ + 2СГ

йод екстрагується бензолом і забарвлює його у бузковий колір. При подальшому додаванні хлорної води йод окиснюється далі

2I^- + 5С1₂ + 6Н₂О = 210₃ + 12H⁺ + 10Cl^-

а бензольний шар знебарвлюється.

Нарешті, як маючи меншу відновлювану силу починають окиснюватись бромід-іони

2Вr^- + СІ₂ = Вr₂ + 2Cl^-

і бензольний шар набуває жовтого кольору.

Так, для визначення ванадію (V) застосовують такий прийом, спочатку його відновлюють:

VО₃^- + Fе²⁺ = VО₃^2-' + Fе³⁺

Потім надлишок заліза (П)окиснюють персульфатом калію, який у цих умовах не діє на ванадій (IV):

2Fе²⁺ + S₂О₈^2- = 2Fе³⁺ + 2SO₄^2-

Нарешті ванадій титрують перманганатом калію:

5VО₃^2- + МnО₄^- + 8е^- = 5VО₃+ Мn²⁺ + 4Н₂О.

Прикладом застосування відновників у якості робочих розчинів є тіосульфат натрію у йодометрії, про що йтиметься у подальшому.

Размещено на Allbest.ru