Характеристика шостої аналітичної групи катіонів

До шостої аналітичної групи катіонів відносяться катіони Cu²⁺, Hg²⁺, Со²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺. Хлориди, сульфати і нітрати цих катіонів добре розчиняються у воді. Розчини солей міді (II) пофарбовані в блакитний колір, кобальту(II) - в рожевий, а нікелю (II) - в зелений.

Гідроксиди катіонів цієї групи є важко-розчинними слабкими електролітами. Гідроксиди Cu(ОН)₂ та Hg(OH)₂ нестійкі і розкладаються на відповідні оксид і воду, Cu(ОН)₂ при нагріванні, a Hg(OH)₂ при звичайній температурі.

Солі катіонів шостої аналітичної групи піддаются гідролізу у водних розчинах.

Для катіонів цієї групи характерні реакції комплексоутворення. Розчини аміаку осаджують Сu, Hg, Со, Ni, Cd у вигляді гідрооксидів. При надлишку аміаку вони розчиняються, утворюючи комплексні сполуки [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Hg (NH₃)₄]²⁺, [Co (NH₃)₆]²⁺, [Ni(NH₃) ₆]²⁺, [Cd(NH₃)₄]²⁺. Мідь, ртуть і кобальт мають змінну ступінь окислення, тому для них характерні окисно-відновні реакції. Деякі з цих реакцій використовуються для відкриття окремих іонів. Наприклад, іон Hg ²⁺ відкривають відновленням його до Hg (I) і потім до вільної ртуті дією SnCl₂.

Мідь належить до числа мікроелементів, дуже малі кількості яких необхідні для нормальної життєдіяльності живих організмів. Добрива, що містять мідь, сприяють зростанню рослин на деяких малородючих ґрунтах, підвищують їх стійкість проти посухи і холоду. У людському організмі мідь виявлена в складі еритроцитів. Вона помітно впливає на підвищення опірності організму до шкідливого впливу деяких факторів зовнішнього середовища.

 

VI група катіонів

 

Прилади та реактиви: пробірки, лійки, фільтри, електроплитки, водяні бані, лакмусовий або універсальний індикаторний папір, фарфорові чашки, аміловий або ізоаміловий спирт, гліцерин, тіомочевина.

Розчини: амонію гідроксид (конц., 2н), диметилгліоксиму (реактив Чугаєва), міді нітрат або сульфат(0,5н), калію гексаціаноферат (II) (0,5 н), нікель нітрат (0,5 н), перекису водню (3 %), амонію роданід або калію роданід (насичений), кобальту нітрат або хлорид (0,5 н), азотної кислоти (2н), сірчаної кислоти (2 н), кадмію нітрат або хлорид) (0,5 н), олова хлорид (0,5 н), калію йодид (0,5 н), сірководневої води, ртуті (II) нітрат (0,2 н).

 

Характерні реакції катіонів Сu²⁺

1. Реактив гідроксид амонію.

Загально аналітична реакція з надлишком амонію є характерною на катіони Cu²⁺ внаслідок утворення аміакату міді [Cu(NH₃)₄] ²⁺ яскравого синього кольору

Аміакати Ni²⁺, Co²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, які утворюються, безбарвні або мають невиразне забарвлення і не заважають відкриттю катіонів міді.

2. Реактив гексаціаноферрат (ІІ) калію K₄[Fe(CN)]₆ .

З гексаціаноферратом (ІІ) калію катіони Сu²⁺ утворюють червоно-бурий осад Сu₂[Fe(CN)₆], який не розчиняється в розбавлених кислотах, але розкладається в лужному середовищі з виділенням осаду Cu(OH)₂, тому реакцію треба проводити в кислому або нейтральному середовищі. Напишіть рівняння реакції.

 

Характерні реакції катіонів Ni²⁺

1. Реактив диметилгліоксим (реактив Чугаева).

Диметилгліоксим в аміачному середовищі утворює з катіонами Ni²⁺ яскраво-рожевий осад комплексної солі:

 

NiSO₄ + 2C₄H₈N₂O₂ + 2NH₄OH → Ni(C₄H₇N₂O₂)₂↓+ (NH₄)₂SO₄ + 2H₂O

 

Осад диметилгліоксиму нікелю розчинний в сильних лугах і кислотах.

Цій реакції заважають катіони Сu²⁺, які в аміачному середовищі утворюють яскраво-синій аміакат міді, який маскує колір диметилгліоксиму нікелю. Із катіонів інших груп заважають катіони Fe²⁺, які утворюють з диметилгліоксимом червоне забарвлення. У зв’язку з цим дану реакцію зручніше проводити крапельним методом.

До 2-3 капель досліджуваного розчину додають 2-3 краплі перекису водню (для окислення Fe²⁺, Fe³⁺), потім декілька капель концентрованого розчину NH₄OH. Осад, який при цьому не розчинився, відфільтровують, каплю поміщають на фарфорову пластинку або чашку і додають до неї 1-2 краплі диметилгліоксиму.

 

Характерні реакції катіонів Со²⁺

1. Реактив роданід калію або амонію.

З надлишком роданід-іонів катіони кобальту утворюють розчинний комплекс яскраво-синього кольору. Реакція зворотня, тому необхідний надлишок реактиву:

 

Co²⁺ + 4CNS^— ↔[Co(CNS)₄]^2-

 

Цей комплекс нестійкий у водному середовищі, більш стійкий в ефірі або спирті.

В пробірку поміщають 3-4 краплі розчину солі кобальту, додають 0,5 мл амілового спирту з ефіром і 3-5 капель насиченого розчину NH₄CNS або розчину КCNS. Вміст пробірки струшують і спостерігають колір органічного шару.

Цій реакції заважають катіони Fe³⁺, які утворюють з іонами CNS^— сполуки інтенсивного червоного кольору, які маскують колір комплексної сполуки іонів Co²⁺.

Тому, якщо в розчині присутні іони Fe³⁺, спочатку присипають порошок фториду натрію, з яким іони Fe³⁺ утворюють безбарвний стійкий комплекс, а потім додають роданід амонію або калію.

 

2. Реактив Na₂S₂O₃.

З кристалічним Na₂S₂O₃ катіони кобальту в спиртовому середовищі утворюють кристали CoS₂O₃ голубого кольору.

При додаванні до солей кобальту деякої кількості гліцерину а потім концентрованого лугу в співвідношенні 1:2:1 спостерігається синьо-фіолетове забарвлення за рахунок утворення комплексної сполуки кобальту з гліцерином. При малих кількостях катіонів Co²⁺забарвлення голубе. Складіть рівняння реакцій.

 

Характерні реакції катіонів Cd²⁺

1. Реактив сульфід натрію, сірководнева вода.

Катіони кадмію утворюють з сульфід-іонами жовтий осад CdS. Цій реакції заважають всі катіони VI групи, тому катіони Cd²⁺ повинні бути відокремлені від решти катіонів в ході аналізу. Для зв’язування решти іонів VI групи можна використати властивість катіонів Co²⁺ утворювати нестійкий безбарвний комплекс з тіомочевиною:

CdCl₂ + 2SCN₂H₄ → [Cd (SCN₂H₄)₂]Cl₂

 

Цей комплекс легко розкладається при дії сульфідних іонів, випадає осад CdS. Комплекси інших катіонів стійкі і сірководнем не розкладаються.

В пробірку наливають 3-4 краплі розчину солі кадмію, додають 3-4 кристалики тіомочевини, перемішують, дають постояти 2-3 хвилини а потім додають 5-6 капель сірководневої води. Складіть рівняння реакції утворення сульфіду кадмію.

 

 

Характерні реакції катіонів Hg²⁺

 

1. Реактив KJ- йодид калію.

Катіони Hg²⁺ з невеликою кількістю йодиду калію утворюють характерний червоно-оранжевий осад HgJ₂, який розчинний в надлишку KJ:

 

Hg²⁺ + 2J^-→ HgJ₂↓; HgJ₂ + 2KJ→ K₂[HgJ₄]

 

Беруть 4-5 капель розчину нітрату ртуті (ІІ), додають 1 каплю розчину KJ,

або опускають в розчин паличку, змочену розчином KJ. В останньому випадку кругом палички утворюється яскраво-червона пляма HgJ₂, яка швидко зникає. Цю ж реакцію можна проводити на фільтрувальному папері: наносять 1 каплю розчину KJ а потім каплю розчину солі ртуті (ІІ).

Даній реакції заважають катіони Ag⁺, Pb²⁺, тому катіони Hg²⁺ можна відкривати після повного осадження катіонів ІІ і ІІІ груп.

 

2. Реактив SnCl₂ – хлорид олова.

При дії на розчин з катіонами Hg²⁺ (2-3 краплі) надлишком розчину хлориду олова (3-4краплі) утворюється спочатку білий осад Hg₂Cl₂, який потім чорніє внаслідок виділення вільної ртуті:

 

2Hg²⁺ + SnCl₂→ Hg₂Cl₂ + Sn⁴⁺; HgCl₂ + SnCl₂ → Hg↓ + SnCl₄

 

Інші катіони VI групи не заважають цій реакції.