Аналіз суміші катіонів першої –шостої аналітичних груп.

Мета роботи: навчитися розпізнавати окремі катіони першої –шостої аналітичних груп.

І. Попередні дослідження.

Аналіз суміші розпочинають з попередніх спостережень і досліджень. На­самперед потрібно звернути увагу на колір розчину, оскільки це свідчить про наявність катіонів Сr³⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, які мають характерне забарвлення у водних розчинах. Далі вносять краплю розчину на металевій дротині в по­лум'я газового пальника і спостерігають за забарвленням полум'я. Забарвлен­ня полум'я свідчить про наявність певних катіонів лужних і лужноземельних металів. За допомогою універсального індикатора визнача­ють рН середовища; низькі значення рН свідчать про можливу наявність каті­онів, що легко гідродізують (Hg²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Cr³⁺), високі -  про відсутність катіонів, які утворюють нерозчинні у воді гідроксиди (Fe³⁺, Cu²⁺, Co²⁺) або оксиди, оскільки гідроксиди деяких елементів, зокрема Аg⁺, Hg₂²⁺, Hg²⁺ не існують, Важливо виконати попереднє випробування на наявність солей амонію. Для цього до кількох крапель розчину добавляють луг і суміш нагрі­вають; за запахом амоніаку роблять висновок про наявність катіонів амонію.

ІІ. Виявлення катіонів дробними реакціями

Виявлення катіонів Fe ^{2 +}. До 2-3 крапель розчину добавляють 2 крап­лі хлоридної кислоти НСl (1: 3) і кілька крапель червоної кров'яної солі К₃[Fe(СN)₆. Утворення темно-синього осаду турнбулевої сині (реакція 31) свідчить про наявність катіонів Феруму(ІІ).

  Виявлення катіонів Fe ³⁺. До 2-3 крапель досліджуваного розчину добавляють 2 краплі НСl (1: 3) і кілька крапель жовтої кров'яної солі К₄[Fe(СN)₆], Утворення синього осаду берлінської блакиті (див. реакцію 32) свідчить про наявність катіонів Феруму(ІІІ).

Виявлення катіонів N Н₄⁺. До 3 5 крапель розчину добавляють 2М роз­чин натрій гідроксиду до появи лужної реакції, потім 2 краплі надлишку лугу, ретельно перемішують і центрифугують. Малорозчинні гідроксиди, які не розчиняють­ся в надлишку лугу, випадають в осад, а в розчині залишаються катіони амфо­терних елементів у вигляді гідроксокомплексів та катіони амонію.

Для виявлення катіонів амонію вносять у пробірку 2 краплі центрифугату і добавляють 4-5 крапель реактиву Несслера. Утворення темно-бурого осаду (див. реакцію 6) свідчить про наявність в розчині катіонів амонію.

Виявлення катіонів Mg ²⁺.

Реакція з натрій гідрогенфосфатом. До 3-5 крапель розчину добавляють 2М роз­чин натрій гідроксиду до появи лужної реакції, потім 2 краплі надлишку лугу, ретельно перемішують і центрифугують. Осад промивають двічі гарячою водою і добавляють до нього кілька крапель концентрованого розчину амоніаку і кілька крапель розчину амоній хлориду. Вміст пробірки перемішують і центрифугують. На предметне скло наносять кілька крапель центрифугату і поряд краплю розчину натрій гідрогенфосфату. Розчини з’єднують скляною паличкою і спостерігають утворені кристали під мікроскопом. Na₂HPO₄ утворює з йонами Магнію білий кристалічний осад подвійної солі магній-амоній фосфату (див. реакцію 30).

Виявлення катіонів Mn ²⁺.

Реакція з амоній персульфатом. До 3-4 крапель розчину сульфатної кислоти додайте 2 краплі розчину аргентум нітрату та внесіть декілька кристалів амоній персульфату. Нагрійте суміш до 60 ºС. У нагріту суміш за допомогою скляної палички внесіть досліджуваний розчин і перемішайте. Виникнення рожевого забарвлення свідчить про наявність катіонів Мангану (див. реакцію 34).

Виявлення катіонів Са ²⁺.

До 2-3 крапель досліджуваного розчину додають 1 М розчин сульфатної кислоти і відокремлюють осад від розчину центрифугуванням. На предметне скло нанесіть кілька крапель центрифугату і злегка підсушіть над вогнем. Через кілька хвилин розгляньте утворені кристали під мікроскопом. Це характерна мікрокисталоскопічна реакція, в результаті якої утворюються кристали гіпсу CaSO₄·2Н₂О у формі голок (див. реакцію 17).

Виявлення катіонів Na ⁺ і К⁺.

Йони амонію та деякі інші катіони II—VI груп перешкоджають виявленню катіонів Калію і Натрію. Тому їх потрібно виділити з розчину дією розчину гід­роксидів або карбонатів Натрію чи Калію. При цьому слід звернути увагу на те, що при виявленні йонів Калію на досліджуваний розчин діють натрій гід­роксидом або содою, і навпаки. Дослідження виконують в окремих порціях розчину.

Виявлення катіонів К⁺. До 5—6 крапель розчину добавляють розчин NaOH або Na₂CO₃ до лужної реакції і нагрівають суміш, для видалення амоні­аку. Одержаний осад гідроксидів, карбонатів та основних солей відокремлю­ють центрифугуванням. Центрифугат нейтралізують ацетатною кислотою, охолоджують і виявляють йони Калію за реакцією з натрій гексанітрокобальтатом(ІІІ). До 3-4 крапель центрифугату додати кілька крапель розчину натрій гексанітрокобальтату (III) (див. реакцію 3).

Виявлення катіонів Na ⁺. До 5—6 крапель розчину добавляють розчин КОН або К₂СО₃, до появи лужної реакції. Одержаний осад продуктів реакції відокремлюють центрифугуванням. Центрифугат нейтралізують ацетатною кислотою й охолоджують. На предметне скло наносять по одній краплі цент-рифугату і ацетатної кислоти і випарюють до сухого стану. Сухий залишок об­робляють двома краплями цинк уранілацетату і розглядають утворені кристали під мікроскопом (див. реакцію 1).

ІІІ. Відокремлення й аналіз катіонів другої аналітичної групи.   Відбирають 2-З мл досліджуваного розчину і добавляють 2М розчин хлоридної кислоти до припинення утворення осаду. Перевіряють повноту осад­ження і відокремлюють осад від розчину центрифугуванням. Центрифугат за­лишають для подальших досліджень, а осад промивають розбавленою НСІ і виявляють у ньому катіони Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺ за методикою, описаною в темі 2. Якщо при добавлянні хлоридної кислоти осад не випав, то можна зробити вис­новок, що катіонИ Ag⁺, Hg₂²⁺ відсутні, і, можливо, йонів Рb²⁺ у досліджуваному розчині немає.

IV. Відокремлення й аналіз катіонів третьої аналітичної групи До центрифугату, що залишився після відокремлення катіонів другої гру­пи, добавляють сульфатну кислоту (за наявності етанолу) і нагрівають суміш до припинення виділення осаду. Далі аналіз виконують за методикою, описа­ною в темі 3. Якщо катіони Кальцію були виявлені дробною реакцією, то виявлення його амоній оксалатом можна не проводити.

V.  Відокремлення катіонів четвертої групи. До центрифугату, що залишився після відокремлення катіонів третьої аналітичної групи, добавляють   6 Мрозчин натрій гідроксиду до появи луж­ної реакції середовища і ще 8-10 крапель надлишку. Після цього вносять 8-10 крапель гідроген пероксиду Н₂0₂, суміш перемішують і нагрівають на водяній бані до припинення виділення газу. Розчин з осадом центрифугу­ють, центрифугат ділять на дві частини, а осад залишають для подальших досліджень.

Першу частину центрифугату використовують для виявлення катіонів четвертої групи - АІ³⁺, Сг³⁺, Zn²⁺. Другу частину ви­користовують для виявлення катіонів Калію з першої аналітичної групи, якщо результати,   були сумнів­ними. У такому разі цю частину розчину переносять у фарфорову чашку, випарюють до сухого стану і прожарюють до повного виділення солей амо­нію. Сухий залишок розчиняють у дистильованій воді і вико­нують якісну реакцію на катіони К⁺ з натрій гексанітрокобальтатом (ІІІ).

V І. Відокремлення й аналіз катіонів п'ятої й шостої аналітичних груп. Осад, що залишився після оброблення лугом і гідроген пероксидом, кілька разів промивають гарячою водою (до води заздалегідь добавляють трохи амо­ній нітрату). Потім до нього добавляють 10 крапель нітратної кислоти і пере­мішують суміш до повного розчинення осаду.

До одержаного розчину добавляють концентрований розчин амоній гідро­ксиду до появи лужної реакції і ще 6-8 крапель надлишку. Суміш добре перемішують і нагрівають на водяній бані, щоб у надлишку NH₄OH розчинились гідроксиди катіонів шостої аналі­тичної групи. Таким чином, у центрифугаті міститимуться катіони шостої групи у вигляді аміакатів і Магній. Катіони шостої групи аналізують за методикою, описаною в темі 6. Контрольну реакцію на Mg²⁺ виконують тільки в тому разі, якщо не отримано однозначної відповіді під час його виявлення реакцією з Na₂HP0_4. В осаді залишаються гідроксиди катіонів п'ятої групи, нерозчинні в над­лишку амоній гідроксиду. Цей осад промивають кілька разів розбавленим розчином NH₄OH, розчиняють у нітратній кислоті й аналізують, як описано в темі 7.

Контрольні запитання і завдання

1. Які катіони суміші всіх шести аналітичних груп можна виявити дробними реакціями?

2. Охарактеризуйте розчинність хлоридів катіонів другої групи у воді. Як це явище використовують в аналізі?

3. Порівняйте розчинність сульфатів катіонів третьої групи.

4. Які реакції використовують для виявлення катіонів Са²⁺ і Mg²⁺? Напишіть рівняння цих реакцій, зазначте умови їх проведення.

5. Яким чином можна розділити суміш катіонів Fe(III), Мп(ІІ) і Mg(ІІ)? Напишіть рівняння відповідних реакцій.

6. З якою метою під час осадження катіонів п'ятої і шостої груп у вигляді гідрокси­дів добавляють ще й гідроген пероксид? Які процеси при цьому відбуваються?

7. Який окисник використовують для окиснення катіонів Мангану(ІІ) до перманганат-іонів, і в якому середовищі проводять цю реакцію?

8. Як відокремлюють катіони Купруму і Меркурію(ІІ) від інших катіонів шостої групи? У чому розчиняються утворені продукти?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8