Кислотно-основная классификация ионов.

В качественном анализе неорганических веществ преимущественно исследуют растворы солей, кислот и оснований, которые в водных растворах находятся в диссоциативном состоянии. Поэтому химический анализ водных растворов электролитов сводится к открытию отдельных ионов (катионов и анионов), а не элементов и их соединений.

Для удобства обнаружения ионы делят на аналитические группы.

Классификация катионов и анионов по аналитическим группам основана на отношении ионов к действию реактивов, на сходстве и различии растворимости некоторых образуемых ими соединений и на других признаках.

Наибольшее распространение получили сульфидная, кислотно-основная и аммиачно-фосфатная классификация.

По кислотно-основной классификации все катионы делят на шесть групп:

Таблица. 5. Кислотно - основная классификация катионов.

	Группа
	I	II	III	IY	Y	YI
	Li⁺, Na⁺, K⁺, NH⁺	Ag⁺, Hg²⁺, Pb²⁺	Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺	Al³⁺,Cr³⁺, Zn²⁺,Sn²⁺, Sn⁴⁺,As³⁺, As⁵⁺	Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺	Cu²⁺, Hg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺
Групповой реактив	Нет	HCl	H₂SO₄	NaOH	NaOH	NH₃
Состав и свойства осадка	-	MCl, MCl₂ Не растворим в ки- слотах	MSO₄ не раство- рим в кислотах и щелочах	M(OH)_n растворим в избытке NaOH	M(OH)_n не растворим в избытке NaOH	M(OH)_n растворим в избытке NH₃

Качественные реакции катионов К⁺, Na⁺,

Соединения катионов Na⁺, K⁺, NH₄⁺ как правило, характеризуются хорошей растворимостью в воде, поэтому группа не имеет группового реагента. Все они дают труднорастворимые соединения с крупными анионами: KHC₄H₄O₆, (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆], NaHSbO₄.

Катионы Na⁺, K⁺, NH₄⁺ бесцветны. Окраска их соединений определяется окраской аниона. Например: KmnO₄ – фиолетового цвета, K₂Cr₂O₇ – оранжевого цвета.

Ионы Na⁺, K⁺ гидролизу не подвергаются, поэтому соли этих катионов и сильных кислот имеют нейтральную реакцию раствора, а соли слабых кислот – щелочную. Катион NH₄⁺ гидролизуется:

NH₄⁺ + H₂O Û NH₄OH + H⁺

Следовательно, его соли, образованные сильными кислотами, имеют кислую реакцию раствора, а соли слабых кислот – нейтральную, слабокислую или слабощелочную в зависимость от константы диссоциации слабой кислоты.

Катионы I группы не проявляют способности к комплексообразованию, но могут входить во внешнюю сферу.

Ионы K⁺ и Na⁺ имеют постоянную устойчивую степень окисления и не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Катион NH₄⁺ может быть окислен только очень сильными окислителями (хлорная вода, царская водка и т.д.) до свободного азота. Характерными реакциями этого иона являются реакции обмена.

Соединения катионов I группы склонны к образованию пересыщенных растворов, поэтому при выполнении аналитических реакций, сопровождающихся образованием осадков, требуется тщательное перемешивание реакционной смеси.

Для обнаружения катионов K⁺ и Na⁺ широко используют реакции окрашивания пламени.

Реакции иона калия К⁺

Действие винной кислоты H₂C₄H₄O₆

Винная кислота образует с ионом калия белый кристаллический осадок:

KNO₃ + H₂C₄H₄O₆ + CH₃COONa = NaNO₃ + CH₃COOH + KHC₄H₄O₆ ¯

Осадок хорошо растворим в горячей воде. Реакция осаждения К⁺ винной кислотой обратима.

Наиболее полное осаждение К⁺ винной кислотой происходит при рН = 3,4. Близкое к этому значение рН раствора можно создать, если проводить реакцию в присутствии соли слабой кислоты, например, СН₃СООNa. Ацетат-ионы связывают образующиеся при реакции ионы Н⁺ в малодиссоциирующие молекулы СН₃СООН, тогда реакция осаждения К⁺ винной кислотой практически идет до конца.

Для обнаружения K⁺ удобно применять не винную кислоту,а ее соль - гидротартрат натрия NaHC₄H₄O₆, в этом случае ионы Н⁺ не образуются и она протекает до конца без образования СН₃СООNa:

Выполнение реакции

В пробирку налить 2-3 капли KNO₃, столько же винной кислоты и 2-3 капли СН₃СООNa. Перемешать содержимое стеклянной палочкой, если осадок не выпадает, слегка потереть ею о стенки пробирки и охладить раствор под струей воды.

Условия реакции:

1. рН = 3,4

2. Реакция протекает на холоду.

3. Необходимы концентрированные растворы KNO₃ и H₂C₄H₄O₆, так как реакция малочувствительна (предельное разбавление 1:1000).

4. Потирание стеклянной палочкой.

5. Отсутствие группы иона аммония.

Ион аммония мешает открытию иона К⁺, так как образует с H₂C₄H₄O₄ белый кристаллический осадок (NH₄)₂C₄H₄O₆

Полученный осадок следует взмутить и разделить на 5 пробирок, отобрав их пипеткой в отдельные пробирки. К первой пробе прибавить 2 - 3 капли сильной кислоты (HCl, HNO₃, H₂SO₄) - осадок растворяется:

KHC₄H₄O₆ + HCl ® H₂C₄H₄O₆ + KCl

Ко второй пробе прибавить 2-3 капли СН₃СООН - осадок не растворяется:

К третьей пробе прибавить 2-3 капли раствора сильной щелочи (NaOH, KOH) - осадок растворяется:

KHC₄H₄O₆ + NaOH ® KnaC₄H₄O₆ + H₂O

К четвертой пробе прибавить 2-3 капли раствора слабого основания (NH₄OH) - осадок растворяется:

KHC₄H₄O₆ + NH₄OH ® KNH₄C₄H₄O₆ + H₂O

К пятой пробе прибавить 10 капель воды и нагреть - осадок растворяется (снижается предел обнаружения).