Как найти катион калия

Большинство солей,
образованных катионами K⁺,
Na⁺,
NH₄⁺,
растворимы в воде. Растворимы также и
гидроксиды этих катионов. Калия и натрия
гидроксиды являются сильными основаниями,
гидроксид же аммония относят к основаниям
слабым. Соли натрия и калия (сульфаты,
нитраты, хлориды) гидролизу не подвергаются,
соли же аммония и сильных кислот гидролизу
подвергаются (в результате гидролиза
растворов этих солей создается кислая
среда).

Водные растворы
солей катионов I группы бесцветны.
Группового реактива I группа катионов
не имеет.

Реакции
катиона калия (K⁺)

1.
Натрия гексанитрокобальтат (III) –
Na₃[Co(NO₂)₆]
дает с растворами солей калия желтый
кристаллический осадок K₂Na[Co(NO₂)₆]:

2 KCl +
Na₃[Co(NO₂)₆]
→ K₂Na[Co(NO₂)₆]↓
+ 2 NaCl

2 K⁺
+ Na⁺
+ [Co(NO₂)₆]³‾
→ K₂Na[Co(NO₂)₆]
↓

Реакцию нужно
вести в слабокислой (уксусной) или
нейтральной среде. Сильные кислоты
разрушают реактив с выделением азотистой
кислоты. Щелочная среда также недопустима,
так как при действии щелочей реактив
разрушается с образованием бурого
осадка кобальта (III) гидроксида. Эта
реакция очень чувствительна – предельное
разбавление 1:13000, а предел обнаружения
калия составляет 20 мкг. Реакцию используют
для осаждения иона K⁺
из сыворотки при перманганатометрическом
определении калия в крови.

Нужно иметь ввиду,
что ион аммония с натрия гексанитрокобальтатом
(III) также дает желтый осадок и,
следовательно, в присутствии иона
аммония эту реакцию использовать для
открытия иона калия нельзя.

2.
Винная (виннокаменная) кислота H₂C₄H₄O₆
и натрия гидротартрат NaHC₄H₄O₆
осаждают ионы калия из нейтральных и
слабокислых растворов (рН 4-5) в виде
очень мелких белых кристаллов калия
гидротартрата:

H₂C₄H₄O₆
+ KCl + CH₃COONa
→ KHC₄H₄O₆↓
+ NaCl + CH₃COOH

H₂C₄H₄O₆
+ K⁺
+ CH₃COO‾
→ KHC₄H₆O₆↓
+ CH₃COOH

NaHC₄H₄O₆
+ KCl → KHC₄H₄O₆↓
+ NaCl

HC₄H₄O₆‾
+ K⁺
→ KHC₄H₄O₆↓

Калия гидротартрат
хорошо растворим в минеральных кислотах
и щелочах, но мало растворим в воде и
органических кислотах (уксусной,
муравьиной и др.). Однако повышение
температуры значительно увеличивает
растворимость калия гидротартрата в
воде и в органических кислотах. При
растворении его в минеральных кислотах
образуется винная кислота, а в щелочах
– средняя соль или, соответственно,
двойная соль этой кислоты, которые в
воде хорошо растворимы: KHC₄H₄O₆
+ HCl
→ H₂C₄H₄O₆
+ KCl

КHC₄H₄O₆↓
+ H⁺
→ H₂C₄H₄O₆
+ K⁺

KHC₄H₄O₆
+ KOH → K₂C₄H₄O₆
+ H₂O

KHC₄H₄O₆↓
+ OH‾ → K⁺
+ C₄H₄O₆²‾
+ H₂O

KHC₄H₄O₆
+ NaOH → KNaC₄H₄O₆
+ H₂O

KHC₄H₄O₆↓
+ OH‾ → K⁺
+ C₄H₄O₆²‾
+ H₂O

В связи с тем, что
при взаимодействии ионов калия с винной
кислотой образуется свободная минеральная
кислота и поэтому создается кислая
среда раствора, эту реакцию следует
проводить в присутствии натрия ацетата.
Последний, вступая в обменное разложение
с образующейся при реакции минеральной
кислотой, нейтрализует ее и тем самым
создает уксуснокислую среду, в которой
осадок KHC₄H₄O₆
нерастворим:

H₂C₄H₄O₆
+ KCl
→ KHC₄H₄O₆↓
+ HCl

HCl
+ CH₃COONa
→ CH₃COOH
+ NaCl

или
суммарно:

H₂C₄H₄O₆
+ KCl
+ CH₃COONa
→ KHC₄H₄O₆↓
+ CH₃COOH
+ NaCl

Таким образом, при
изучении химического взаимодействия
катионов калия с натрия гидротартратом
или винной кислотой, необходимо соблюдать
следующее непременное условие: реакцию
вести на холоду и в нейтральной среде.
Если при этом оказывается, что среда,
из которой необходимо обнаружить ионы
калия, кислая, ее нейтрализуют натрия
гидроксидом (по лакмусу), если же щелочная
– нейтрализуют кислотой (лучше уксусной).

Предел обнаружения
калия – 1,2 мг.

Натрия гидротартрат
дает осадок и с катионом аммония
(NH₄HC₄H₄O₆),
который по свойствам аналогичен KHC₄H₄O₆.
Следовательно, ион аммония мешает
открытию иона калия указанным реактивом.

Реакции
катиона натрия (Na⁺)

Калия
гексагидроксостибиат (Y) K[Sb(OH)₆]
c катионом натрия в нейтральных и
слабощелочных растворах образует белый
кристаллический осадок Na[Sb(OH)₆]:

K[Sb(OH)₆]
+ NaCl → Na[Sb(OH)₆]
↓ + KCl

[Sb(OH)₆]‾
+ Na⁺
→ Na[Sb(OH)₆]
↓

С повышением
температуры растворимость Na[Sb(OH)₆]
значительно увеличивается. В разбавленных
щелочах этот осадок не растворяется.

С минеральными
кислотами калия гексагидроксостибиат
(Y) вступает в химическое взаимодействие
с образованием ортосурьмяной кислоты,
которая тотчас же разлагается с выделением
метасурьмяной кислоты в виде аморфного
осадка:

К[Sb(OH)₆]
↓ + HCl → HSbO₃↓
+ КCl + 3H₂O

[Sb(OH)₆]‾
+ H⁺
→ HSbO₃↓
+ 3H₂O

Следовательно, в
кислой среде открывать катионы натрия
калия гексагидроксостибиатом (Y) нельзя,
так как в этой среде образуется осадок,
даже в отсутствии ионов натрия.

Хотя образующийся
при этом осадок и аморфный, однако, по
внешнему виду отличить его от
кристаллического осадка довольно
трудно. Таким образом, кислая среда
всегда вызывает “переоткрытие”
катионов натрия (калия гексагидроксостибиатом
(Y)), так как всякий кислый раствор, если
он и не содержит эти катионы, будет
давать осадок.

Катионы всех
остальных аналитических групп (за
исключением Ag⁺,
Ni²⁺
и Co²⁺)
в той или иной степени с калия
гексагидроксостибиатом (Y) также образуют
осадок: или в виде соответствующей соли
ортосурьмяной кислоты, или же в виде
HSbO₃
за счет гидролиза их солей и создания
тем самым кислой среды раствора.

Таким образом, при
открытии катионов натрия калия
гексагидроксостибиатом (Y) должны
соблюдаться следующие условия:

а) концентрация
ионов натрия должна быть достаточно
велика;

б) производить эту
реакцию следует на холоду;

в) анализируемый
раствор должен быть нейтральным или
слабощелочным, но ни в коем случае не
кислым;

г) в нем должны
отсутствовать почти все остальные
катионы (за исключением Ag⁺,
Ni²⁺,
Co²⁺);
наличие даже следовых количеств NH₄⁺
разлагают К[Sb(OH)₆]
с выделением белого аморфного осадка
HSbO₃,
который можно принять за осадок
Na[Sb(OH)₆].

д) следует перемешать
содержимое пробирки стеклянной палочкой
и слегка потереть ею о стенки пробирки
(для создания центров кристаллизации).

Реакции
катиона аммония (NH₄⁺)

1.
Едкие щелочи – NaOH или KOH выделяют из
растворов солей аммония при нагревании
газообразный аммиак:
_t

NH₄Cl
+ NaOH → NaCl + NH₃↑
+ H₂O

NH₄⁺
+ ОН‾ →
NH₃↑
+ H₂O

Эта реакция очень
специфична. Предел обнаружения аммония
0,2 мкг.

2.
Реактив Несслера – K₂[HgI₄]+KOH
образует с ионами аммония характерный
красно-бурый осадок:

Hg

NH₄Cl
+ 2 K₂[HgI₄]
+ 4 KOH → O NH₂

I ↓ + 7 KI + KCl + 3 H₂O

Hg

NH₄⁺
+ 2[HgI₄]
²‾
+ 4 ОН‾
→ [Hg₂ONH₂]I↓
+ 7 I ‾ + 3H₂O

Реакция чувствительна
и специфична. Предел обнаружения аммония
0,15 мг. Однако нужно иметь ввиду, что
реактив Несслера в своем составе содержит
щелочь (КОН); большинство же катионов
со щелочами дают нерастворимые в воде
основания и многие из них окрашены
(например, железа (III) гидроксид –
красно-бурого цвета).

3.
При изучении реакций на катион К⁺
катион NH₄⁺
мешает открытию иона калия, т.к. с
реактивом натрия гексанитрокобальтатом
(III) ион аммония дает желтый осадок,
образующийся при действии натрия
гексанитрокобальтата (III). Из этого
следует, что открывая ион калия, нужно
быть уверенным в отсутствии иона аммония.
Если же ион аммония присутствует в
задаче, то его нужно удалить. Для этого
пользуются летучестью солей аммония
при нагревании. Если соль – хлорид
аммония, то реакция идет по следующей
схеме: _t

NH₄Cl
↔ NH₃
↑ + HCl

Проверяют полноту
удаления солей аммония обработкой
сухого остатка щелочью при нагревании
на часовом стекле.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Общие сведения о качественном анализе

Для установления химического состава анализируемого объекта используется качественный анализ. Другими словами, он позволяет установить, из каких химических элементов состоит анализируемое вещество и какие ионы, атомы или молекулы входят в его состав. С помощью качественного анализа в неорганических веществах исследуются катионы и анионы. При этом используются такие понятия, как аналитические сигналы и аналитические реакции.

Аналитическая реакция представляет собой такое химическое превращение анализируемого вещества под действием аналитического реагента, в результате которого образуется продукт с наличием аналитического сигнала.

Аналитические реакции делятся на групповые, селективные и специфические:

• селективные реакции предназначены для обнаружения ограниченного числа ионов в смеси без ее предварительного разделения;
• для специфических реакций характерным является наличие аналитического сигнала только у одного иона в присутствии многих других;
• в групповых реакциях аналитические сигналы одинаковы для нескольких ионов, что позволяет использовать их для обнаружения конкретной группы ионов. На основе данных реакций разработана аналитическая классификация катионов и анионов.

Аналитическая классификация катионов

Классификация связана с разделением катионов на аналитические группы при последовательном действии на смесь катионов групповыми реагентами.

Выделяют сероводородную, аммиачно-фосфатную и кислотно-основную (кислотно-щелочную) классификации.

«Группы катионов 1-3» 👇

Рассмотрим кислотно-основную классификацию более подробно.

Катионы первой аналитической группы

К данной группе относятся катионы щелочных металлов ($mathrm{K^+, Na^{+}, Li^{+}}$) и $mathrm{NH_4^{+}}$. Представленные катионы не имеют группового реактива, так как почти все соли натрия, калия и аммония растворимы в воде, в отличие от катионов других групп.

$mathrm{K^+, Na^{+}, NH_4^{+}}$ бесцветны, окраска их соединений определяется окраской аниона.

Рассмотрим реакции обнаружения катионов первой аналитической группы.

Реакции ионов калия $mathrm{K^+}$

Окрашивание пламени в бледно-фиолетовый цвет. Для реакции берут чистую нихромовую проволоку, которую погружают в раствор соли калия и вносят ее в несветящуюся часть пламени.

Реакция с гексанитрокобальтом (III) натрия. В результате реакции образуется жёлтый кристаллический осадок.

$mathrm{2KCl + Na_3[Co(NO_2)_6] longrightarrow K_2Na[Co(NO_2)_6] downarrow + 2NaCl}$

Реакция с гидротартратом натрия или винной кислотой. При достаточной концентрации ионов калия образуется белый кристаллический осадок гидротартрата калия.

$mathrm{K^{+} + HC_4H_4O_6^{-} longrightarrow KHC_4H_4O_6downarrow}$

Микрокристаллоскопическая реакция с гексанитрокупратом (II) натрия-свинца. Образуются чёрные или коричневые кубические кристаллы гексанитрокупрата (II) калия-свинца.

$mathrm{2KCl + Na_2Pb[Cu(NO_2)_6] longrightarrow K_2Pb[Cu(NO_2)_6] downarrow + 2NaCl}$

Реакция с тетрафенилборатом натрия, в результате которой образуется белый кристаллический осадок тетрафенилбората калия, нерастворимый в кислотах.

$mathrm{KCl + Na[B(C_6H_5)_4] longrightarrow K[B(C_6H_5)_4] downarrow + NaCl}$

Реакция с платинохлористоводородной кислотой. Образуется жёлтый кристаллический осадок хлороплатината калия.

$mathrm{2K^{+} + [PtCl_6]^{-} longrightarrow K_2[PtCl_6]downarrow}$

Реакции ионов натрия $mathrm{Na^+}$

Реакция с дигидроантимонатом калия. В результате реакции образуется белый кристаллический осадок дигидроантимоната натрия.

$mathrm{NaCl + KH_2SbO_4 longrightarrow NaH_2SbO_4downarrow + KCl}$

Окрашивание пламени. Соли натрия окрашивают пламя в ярко-жёлтый цвет.

Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом. Образуется желтоватый кристаллический осадок.

$mathrm{NaCl + CH_3COOH + Zn(CH_3COO)_2 cdot 3UO_2(CH_3COO)_2 cdot 9H_2O longrightarrow CH_3COONa cdot Zn(CH_3COO)_2 cdot 3UO_2(CH_3COO)_2 cdot 9H_2O downarrow + HCl}$

Реакции ионов аммония $mathrm{NH_4^+}$

Реакция со щелочью. В результате выделяется газообразный аммиак.

$mathrm{NaOH + NH_4Cl longrightarrow NH_3uparrow + H_2O + NaCl}$

Выделяющийся аммиак можно обнаружить по запаху, с помощью смоченной лакмусовой бумажки, которая будет окращиваться в синий цвет, а также по образованию “дыма” вокруг палочки, смоченной концентрированной соляной кислотой.

Реакция с реактивом Несслера. Образуется красно-бурый осадок иодида оксодимеркураммония.

Катионы второй аналитической группы

Ко второй аналитической группе катионов относятся $mathrm{Ag^+, Hg_2 ^{2+}, Pb^{2+}}$. Групповым реактивом является соляная кислота, при взаимодействии с которой катионы образуют малорастворимые в воде и в разбавленных кислотах белые осадки: $mathrm{AgCl, Hg_2Cl_2, PbCl_2}$.

Перейдём к реакциям обнаружения данных катионов.

Реакции ионов серебра $mathrm{Ag^+}$.

Взаимодействие с щелочами, в результате которого образуется бурый осадок $mathrm{Ag_2O}$, так как происходит разложение неустойчивого белого гидроксида серебра.

$mathrm{AgNO_3 + NaOH longrightarrow AgOH downarrow + NaNO_3}$

$mathrm{2AgOH downarrow longrightarrow Ag_2O downarrow + H_2O}$

Реакция с галогенами. $mathrm{AgCl}$ – белый осадок, $mathrm{AgBr}$ – бледно-жёлтый осадок, $mathrm{AgI}$ – жёлтый осадок.

$mathrm{AgNO_3 + KCl longrightarrow AgCl downarrow + KNO_3}$

$mathrm{AgNO_3 + KBr longrightarrow AgBr downarrow + KNO_3}$

$mathrm{AgNO_3 + KI longrightarrow AgI downarrow + KNO_3}$

Взаимодействие с хроматом калия приводит к образованию кирпично-красного осадка хромата серебра.

$mathrm{2AgNO_3 + K_2CrO_4 longrightarrow Ag_2CrO_4 downarrow + 2KNO_3}$

Реакция “серебряного зеркала”. Происходит образование блестящей зеркальной плёнки в результате восстановления ионов серебра до металлического серебра при взаимодействии с формальдегидом в аммиачном растворе.

$mathrm{2Ag^{+} + 3NH_4OH + HCOH longrightarrow 2Agdownarrow + HCOO^{-} + 3NH_4^{+} + 2H_2O}$

Взаимодействие с гидрофосфатом с образованием жёлтого осадка фосфата серебра.

$mathrm{3Ag^{+} + HPO_4^{2-} longrightarrow Ag_3PO_4downarrow + H^{+}}$

Реакции ионов ртути $mathrm{Hg_2^{2+}}$

Реакция с соляной кислотой и растворимыми хлоридами. Образуется белый осадок – $mathrm{Hg_2Cl_2}$. На свету он чернеет с выделением тонкодисперсной металлической ртути.

$mathrm{Hg_2Cl_2 downarrow longrightarrow Hg downarrow + HgCl_2}$

Взаимодействие со щелочами приводит к образованию чёрного осадка оксида ртути (I)

$mathrm{Hg_2^{2+} + 2OH^{-} longrightarrow Hg_2Odownarrow + H_2O}$

Реакция с водным раствором аммиака:

$mathrm{Hg_2Cl_2 + 2NH_3 cdot H_2O longrightarrow [Hg_2NH_2]Cl + NH_4Cl + 2H_2O}$

$mathrm{[Hg_2NH_2]Cl longrightarrow HgNH_2Cldownarrow + Hgdownarrow }$

Реакция хромата калия с ионами ртути, в результате которой образуется красный осадок хромата ртути.

$mathrm{Hg_2(NO_3)_2 + K_2CrO_4 longrightarrow Hg_2CrO_4 downarrow + 2KNO_3}$

Восстановление ионов ртути до металлической ртути с помощью вытеснения её из соединений более активным металлом.

$mathrm{Hg_2(NO_3)_2 + Cu longrightarrow 2Hg downarrow + Cu(NO_3)_2}$

Взаимодействие с йодидом калия приводит к образованию зеленоватого осадка йодида ртути

$mathrm{Hg_2(NO_3)_2 + 2KI longrightarrow Hg_2I_2 downarrow + 2KNO_3}$

Реакции иона свинца $mathrm{Pb^{2+}}$

Реакция со щелочами ведёт к образованию белого осадка.

$mathrm{Pb(NO_3)_2 + 2NaOH longrightarrow Pb(OH)_2 downarrow + 2NaNO_3}$

Реакция с серной кислотой и растворимыми сульфатами приводит к образованию белого осадка сульфата свинца

$mathrm{Pb(NO_3)_2 + 2NaOH longrightarrow Pb(OH)_2 downarrow + 2NaNO_3}$

Взаимодействие с хроматом калия, при котором выпадает жёлтый осадок, который плохо растворим в разбавленной азотной кислоте, легко растворим в щелочах и не растворим в растворе аммиака и уксусной кислоте.

$mathrm{Pb(NO_3)_2 + K_2CrO_4 longrightarrow PbCrO_4 downarrow + 2KNO_3}$

$mathrm{PbCrO_4 + 4KOH longrightarrow K_2CrO_4 + K_2[Pb(OH)_4]}$

Реакция с раствором йодида калия (реакция “золотого дождя”). Выделяется ярко-жёлтый осадок

$mathrm{Pb(NO_3)_2 + 2KI longrightarrow PbI_2 downarrow + 2KNO_3}$

Катионы третьей аналитической группы

К третьей группе катионов относятся ионы двух валентных металлов $mathrm{Ba^{2+}, Ca^{2+}, Sr^{2+}}$. Катионы данной группы образуют труднорастворимые сульфаты, фосфаты, карбонаты, оксалаты, хроматы и сульфиды с хлоридами, которые легко растворимы. Групповым реагентом является раствор серной кислоты.

Реакции иона кальция $mathrm{Ca^{2+}}$

Микрокристаллоскопическая реакция с серной кислотой. В разбавленных растворах образуется малорастворимый белый осадок $mathrm{CaSO_4cdot 2H_2O}$ (гипс), который выделяется при медленной кристаллизации в виде игольчатых кристаллов, которые могут быть представлены в виде снежинок или звёздочек.

Взаимодействие с оксалатом аммония приводит к образованию белого мелкокристаллического осадка (оксалата кальция)

$mathrm{CaCl_2 + (NH_4)_2C_2O_4 longrightarrow CaC_2O_4downarrow + 2NH_4Cl}$

Реакция с гидрофосфатом натрия. Образуется белый аморфный осадок, растворимый в кислотах

$mathrm{CaCl_2 + Na_2HPO_4 longrightarrow CaHPO_4downarrow + 2NaCl}$

Реакция с гексацианоферратом (II) калия (жёлтой кровяной солью)

$mathrm{CaCl_2 + K_4[Fe(CN)_6] + NH_4Cl longrightarrow (NH_4)KCa[Fe(CN)_6]downarrow + 3KCl}$

Взаимодействие с растворимыми карбонатами приводит к выпадению белого осадка

$mathrm{CaCl_2 + (NH_4)_2CO_3 longrightarrow CaCO_3downarrow + 2NH_4Cl}$

Ионы кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.

Реакции иона бария $mathrm{Ba^{2+}}$

Реакция с серной кислотой, выделяется белый кристаллический осадок

$mathrm{BaCl_2 + H_2SO_4 longrightarrow BaSO_4downarrow + 2HCl}$

Взаимодействие с карбонатом аммония

$mathrm{BaCl_2 + (NH_4)_2CO_3 longrightarrow BaCO_3downarrow + 2NH_4Cl}$

Реакция с дихроматом калия, в ходе которой выпадает жёлтый мелкокристаллический осадок

$mathrm {2BaCl_2 + K_2Cr_2O_7 + 2CH_3COONa + H_2O longrightarrow 2BaCrO_4downarrow + 2KCl + 2CH_3COOH + 2NaCl}$

Реакция с оксалатом аммония, выпадает белый мелкокристаллический осадок

$mathrm {BaCl_2 + (NH_4)_2C_2O_4 longrightarrow BaC_2O_4downarrow + 2NH_4Cl}$

Реакция с родизонатом натрия, в результате которой образуется соединения красного цвета. При дальнейшем добавлении соляной кислоты соединение становится розовым.

Ионы бария окрашивают пламя в жёлто-зелёный цвет

Реакции иона стронция $mathrm{Sr^{2+}}$

Действи сульфат-ионов на ионы стронция приводит к выпадению белого осадка – $mathrm{SrSO_4downarrow}$

При взаимодействии с оксалатом аммония выпадает белый осадок – $mathrm{SrC_2O_4downarrow}$

Реакция с гидрофосфатом натрия

$mathrm {SrCl_2 + Na_2HPO_4 longrightarrow SrHPO_4downarrow + 2NaCl}$

Реакция с родизонатом натрия с образованием красно-бурого соединения

Ионы стронция окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

Анализ катионов

При систематическом анализе принято деление катионов и анионов на аналитические группы. Наиболее удобная, применяемая и в настоящее время классификация катионов, разработана Н.А. Меншуткиным в 1871 г. Все существующие ныне классификации предусматривают разделение катионов на 5 или 6 аналитических групп на основании следующих их свойств:

1.На различии растворимости хлоридов, карбонатов, сульфатов или гидроксидов.

2. На амфотерных свойствах некоторых гидроксидов.

3. На способности ряда гидроксидов образовывать комплексные аммиакаты.

Классификация катионов на аналитические группы

№	Катионы	Групповая характеристика	Групповой реактив	Получаемые соединения
1	К+, Na+, NH4+,Mg2+	Соли и гидроксиды растворимы в воде
2	Ca2+, Ba2+, Sr2+	Карбонаты не растворимы в воде, но растворимы в кислотах. Сульфаты не растворимы в воде и в кислотах.	(NН4)2СО3 2н. раствор	СаСO3↓, ВаСОз↓, SrO3↓ Аморфные осадки белого цвета.
3	Al3+, Fe2+,Fe3+, Mn2+, Zn2+, Cr2+.	Сульфиды не растворимы в воде, но растворимы в кислотах. Гидроксиды не -растворимы в воде, но могут растворятся в кислотах	(NH4)2S 6н. раствор	FeS↓, Fе2S3↓- черные, MnS↓-розоватый, ZnS↓- белый, Аl(ОН)3↓- белый, Сr(ОН)3↓-серо-зеленый.
4	Ag+, Pb2+, Hg22+	Хлориды не растворимы в воде.	НСl 2н. раствор	AgCl↓, PbC12↓, Hg2C12↓- осадки белого цвета.
5	Сu2+, Co2+, Ni2+,Cd2+, Bi3+	Гидроксиды и основные соли не растворимы в воде, но растворимы в избытке аммиака.	NH4ОH 2н. раствор в избытке	Раствор Сu(NН3)42+— синий, Со(NН3)42+— грязно-желтый, Ni(NН3)42+ — синий, Сd(NН3)42+ — бесцветный, Вi(0Н)2Сl↓ — белый.
6	Sn2+, Sn4+, Sb3+, Sb5+, (Аs3+, As5+)	Гидроксиды амфотерны. Сульфиды нерастворимы в воде, но растворимы в cульфидах Na, К и аммония.	NaOH, КОН, NH40H, 3н. растворы	H4Sn04↓, Sn(ОН)2↓, НSb02↓, НSbО3↓- белые осадки, растворимые в избытке щелочей.

Первая аналитическая группа катионов: К⁺, Na⁺, NН₄⁺, Mg²⁺

Почти все соли калия, натрия, аммония и большинство солей магния хорошо растворимы в воде. Поэтому группового реактива, осаждающего все четыре катиона, нет.

Калий и натрий относятся к 1 группе периодической системы элементов и образуют сильные щелочи. Гидроксид аммония является слабым основанием, но катион аммония близок по свойствам к катиону калия и образует несколько аналогичных малорастворимых солей. Соли аммония разлагаются при нагревании и могут быть удалены прокаливанием. Гидроксид магния — слабое основание, плохо растворимое в воде. Труднорастворимы также фосфат магния и карбонат. Гидроксокарбонат магния растворяется в избытке солей аммония и при действии карбонатом аммония в присутствии хлорида аммония в осадок не выпадает. Поэтому при систематическом анализе ион магния остается в растворе с катионами 1 группы. По этой причине он и отнесен к этой группе.

При систематическом анализе катионы калия, натрия и магния обнаруживают в последнюю очередь, так как катионы других групп мешают их обнаружению и должны быть удалены. В водных растворах катионы 1 группы бесцветны, образуемые ими соли имеют окраску только в тех случаях, когда в их состав входят окрашенные анионы, например: перманганат, хромат или дихромат -ионы.

Катионы 1 аналитической группы содержатся в почвах как в подвижном, доступном для усвоения растениями состоянии, так и в связанном. Они вносятся в почву в виде минеральных удобрений. Калий в виде -калийной селитры, сульфата, хлорида и других солей. Натрий — составная часть чилийской селитры (NаNО₃). Магний входит в состав доломита СаСО_З•МgСО₃ . Ион аммония содержится в аммонийной селитре, сульфате и хлориде аммония, в аммофосе NH₄H₂PО₄ и диаммофосе (NН₄)₂HPО₄.

Ионы калия, магния, аммония необходимы для минерального питания растений. Большое содержание солей натрия указывает на засоленность почв.

Анализ водных вытяжек из почвы на наличие этих катионов используют для определения пригодности почв для возделывания различных культур.

Оценка качества природных вод включает пробы на присутствие ионов аммония. Наличие в воде аммиака и солей аммония служит признаком загрязненности, так как эти соединения образуются при гниении белков.

Продукты детского и диетического питания также подвергаются обязательному исследованию на содержание натрия, калия и магния.

Вторая аналитическая группа катионов: Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺

Катионы 2 группы, в отличии от катионов 1 группы, образуют малорастворимые в воде карбонаты. Поэтому их осаждают действием карбоната аммония, который является групповым реактивом.

Осадки карбонатов кальция, бария и стронция могут быть получены и при действии на раствор карбонатами натрия и калия. Но при систематическом анализе пользоваться этими реактивами невозможно, так как вместе с ними в исследуемый раствор вводятся ионы Na⁺ и К⁺. Использование карбоната аммония оправдано тем, что ион NH₄⁺ можно предварительно открыть дробным методом.

Из солей кальция, бария и стронция также не растворимы сульфаты, фосфаты и оксалаты. Однако осаждение серной кислотой проводится редко, так как сульфаты не растворимы в сильных кислотах и щелочах и с большим трудом снова переводятся в раствор. Осаждение фосфорной и щавелевой кислотой не проводят по той причине, что присутствие в растворе фосфат — и оксалат -ионов усложняет анализ.

Сульфиды этих элементов, в отличие от катионов 3,4 и 5 групп, хорошо растворимы в воде.

В водных растворах катионы 2 группы бесцветны.

Соли кальция используют для улучшения почв: в сильно кислые почвы для нейтрализации вводят известняк СаСО₃; а в солонцеватые — гипс CaS0₄•2H₂O. Кальций входит в состав минеральных удобрений: фосфоритной муки Са₃(РО₄)₂, суперфосфата Са(Н₂РО₄)₂ + CaS0₄, кальциевой селитры Са(НСО₃)₂ и т.д.

Растворимый гидрокарбонат кальция Са(НСО₃)₂ находится в природных водах, сообщая им временную жесткость. Арсенит и арсенат кальция используют как сельскохозяйственные яды.

Ионы бария ядовиты. Карбонат и хлорид бария используют в сельском хозяйстве как яды. Поэтому обнаружение ионов бария проводят при распознавании ядохимикатов.

Радиоактивный изотоп стронция ⁹⁰Sr, образующийся при ядерных реакциях, представляет большую опасность для здоровья и жизни.

Реакции катионов второй группы

Реактивы	Катионы
Са2+	Ba2+	Sr2+
(NH4 )2СО3, Nа2СО3, К2СО3	СаСО3↓ белый	ВаСО3↓ белый	SrСО3↓ белый
Na2HP04	СаНРО4↓ белый	ВаНРО4↓ белый	SrHP04↓ белый
(NH4)2C204	СаС2Н4↓ белый	ВаС2О4↓ белый	SrC204↓ белый
H2S04 и растворимые сульфаты	CaS04↓ белый	BaS04↓ белый	SrS04↓ белый
К4[Fe(CN)6]+NH4Cl	Ca(NH4)2 [Fe(CN)6] ↓ белый	Ba(NH4)2•Fe(CN)6]↓, белый	────
CaS04		BaS04↓ выпадает сразу	SrS04↓ выпадает не сразу
К2Сr207		ВаСrО4↓ желтый	─────
Окрашивание пламени	Кирпично- красное	Желто-зеленое	Карминово-красное

Катионы третьей аналитической группы: Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Cr²⁺

К третьей аналитической группе относят катионы алюминия, железа(II), железа(III), марганца (II), цинка, хрома(III). Они характеризуются большим разнообразием свойств.

Алюминий и цинк проявляют постоянную валентность. Гидроксиды этих элементов и хрома обладают амфотерными свойствами; это свойство используется для отделения алюминия, хрома и цинка от других катионов третьей аналитической группы. Алюминий образует ионы АI³⁺ и АlО^2-, цинк — ионы Zn²⁺ и ZnO₂^2-, хром ­ионы Сr³⁺ и СrО₂^—.

Железо, марганец и хром проявляют переменную валентность. Железо образует ионы Fe²⁺, Fe³⁺, FeO₄^2-, марганец — ионы Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺, MnО₄^2- и MnO₄^—, хром ­ионы Cr³⁺, CrO₄^2-, Cr₂0₇^2-.

Изменение валентности этих элементов осуществляется сравнительно легко, поэтому для них характерны окислительно-восстановительные реакции.

Гидроксиды железа и марганца обладают слабоосновными свойствами, растворяются в кислотах, но не растворяются в щелочах. Гидроксиды всех катионов третьей группы не растворимы в воде, но могут переходить в коллоидное состояние.

Соли большинства элементов этой группы образуют окрашенные растворы.

Окраска растворов солей элементов третьей аналитической группы

Ион	А13+, Zn2+	Cr3+	СrО42-	Сr2О72-	Fe3+	Fe2+	Mn2+	MnO4—	МnО42-
Окраска раствора	Бесцвет-ная	Зеленая или фио-летовая	Желтая	Оранже-вая	Красно- бурая	Бледно- зеленая	Бледно-розовая	Малиново- фиолетовая	Зеленая

Катионы третьей аналитической группы образуют сульфиды, нерастворимые в воде, но растворимые в кислотах. В отличие от них сульфиды первой и второй группы растворимы в воде, а сульфиды четвертой и пятой группы катионов нерастворимы в кислотах. Поэтому в качестве группового реактива используют сульфид аммония. Другие растворимые сульфиды, так же осаждающие катионы третьей группы, не могут быть использованы как групповой реактив, так как с ними в раствор будут введены катионы первой и второй групп. Присутствие катиона аммония в ходе систематического анализа определяется до введения сульфида аммония, а в дальнейшем катион аммония легко удаляется из раствора в виде аммиака. Катионы третьей группы в зависимости от воздействия на них гидр оксида аммония в присутствии хлорида аммония подразделяют на две подгруппы:

1 подгруппа:

катионы аллюминия, хрома(III), железа (III), осаждаемые водным аммиаком в присутствии хлорида аммония.

2 подгруппа:

катионы железа(II), марганца(II), цинка не осаждаемые таким образом.

Катионы третьей группы, подобно катионам второй группы и магния, образуют труднорастворимые карбонаты и гидрофосфаты. Кроме того, они обладают способностью образовывать комплексные соединения.

Обнаружение и количественное определение катионов третьей группы связано главным образом с анализом почв, микроудобрений, растительного и животного материала, продовольственного сырья и продуктов питания (особенно детских и диетических), так как эти катионы имеют важнейшее биологическое значение.

Алюминий в больших количествах содержится в кислых подзолистых почвах, снижая урожайность многих культур. Соли алюминия применяют для очистки природных вод.

Железо содержится в тканях всех растений и животных. Оно входит в состав гемоглобина крови животных, участвует в синтезе хлорофилла зеленых растений. При недостатке железа в почве у растений развивается хлороз, т.е. отсутствие зеленой окраски из-за пониженного содержания хлорофилла. Избыток железа в почве так же вреден для растений. Многие соли железа (лактат, сульфат, глицерофосфат) применяют в ветеринарии как антианемические средства.

Марганец, цинк, хром — микроэлементы, необходимые для нормального течения обменных процессов у растений и животных. Недостаток марганца в почве способствует развитию у них различных заболеваний; в крови — приводит к возникновению „марганцевого рахита”. Нехватка цинка ведет к нарушению синтеза хлорофилла, витаминов, ауксинов у растений, витаминов и ферментов у животных и человека.

Избыток цинка в почвах, продуктах питания, сырье является токсичным для человека, животных и растений. Согласно гигиеническим нормативам качества и безопасности продовольственных продуктов и сырья предельно допускаемое содержание цинка: в мясе- 70,0 мг/кг., в молоке — 5,0 мг/кг., в яйце-50,0 мг/кг.

Реакции катионов третьей группы

Реактивы	Катионы
A13+	Cr3+	Fe3+	Fe2+	Mn2+	Zn2+
(NH4)2S в щелочной среде	Аl(ОН)3	Сr(ОН)3↓	↓Fе2S3	↓FeS	↓MnS	↓ZnS
NaOH, КОН, NН4ОH	АI(ОН)3	Сr(ОН)3↓	↓Fе(ОН)3	↓Fе(ОН)2	↓Мn(OН)2	↓Zn(ОН)2
NaOH, КОН	Р-р А102—	Р-р Cr02—	↓Fе(ОН)3	↓Fе(ОН)2	↓Мn(ОН)2	р-р ZnО22-
NH4Cl в щел. среде	↓Аl(ОН)3	↓Сr(ОН)3	↓Fе(ОН)3
Na2HP04	↓AlP04	↓CrPО4	↓FePО4	↓Fе3(РО4)	↓Мn3(РО4)	↓Zn3(РО4)
K4[Fe(CN)6]			↓Fe4[Fe(CN)6]3	↓Fe2[Fe(CN)6]	↓Мn2[Fе(CN)6]	↓К2Zn3[Fе(CN)6]2
К3[Fе(СN)6]				↓Fe3[Fe(CN)6]	↓Мn3[Fе(CN)6]2	Zn3[Fе(CN)6]2
KCNS				Fе(СNS)3
Алюминон	Красный	Красный	Красный
(NH4)2S208		Cr2072- р-р			МnО4— р-р
Дитизон						Красный
Cо(NО3)2						CoZn02
Н2О2 в щелочной среде		Cr204 р-р		Fе(ОН)3

Катионы четвертой аналитической группы: Ag⁺, Pb²⁺,Hg₂²⁺

Четвертая аналитическая группа объединяет катионы серебра, свинца, и ртути(I). Общим свойством этих катионов является способность осаждаться под действием разбавленной соляной кислоты и ее солей в виде хлоридов-осадков белого цвета. Поэтому соляная кислота является групповым реактивом для катионов этой группы.

Кроме того, катионы четвертой аналитической группы образуют нерастворимые сульфиды черного цвета, которые в отличие от катионов 5 группы, не растворяются в сульфидах натрия, калия, аммония. Мало растворимы в воде также фосфаты и карбонаты катионов четвертой группы. Растворимые соли подвергаются гидролизу и их растворы имеют кислую реакцию. В окислительно-восстановительных реакция катионы четвертой группы выступают в роли окислителей и восстанавливаются до свободных металлов. В водных растворах катионы серебра, свинца и ртути (I) бесцветны.

Соединения ртути (I) содержат группировку -Нg-Hg-, в которой одна из двух связей каждого атома ртути используется на соединения с другим. Соли ртути(I) имеют строение CI-Hg — Hg-Cl или O₃N-Hg — Hg-NO₃. В этих соединениях на два атома ртути приходится два положительных заряда. Ртуть в этих соединениях является электрохимически одновалентной. При диссоциации этих соединений образуется сложный ион Hg₂²⁺.

Соединения катионов четвертой группы имеют важное биологическое значение. Ионы серебра обладают бактерицидным действием. Нитрат серебра применяют в медицине и ветеринарии при эрозиях, язвах, экземах, а также в офтальмологии и стоматологии. Металлическая ртуть и большинство ее соединений очень ядовиты. Наиболее токсичны для животных и человека: хлорид (сулема) и йодид ртути (II) и органические ртутные препараты, применяемые для протравливания семян: гранозан, этилмеркурхлорид, этилмеркурфосфат. Эти соединения нарушают углеводный и кальциевый обмен, функции почек, печени, эндокринных желез, центральной нервной системы вследствие блокады сульфгидрильных групп ферментов. Хлорид ртути (I) или каломель (Hg₂CI₂) не ядовита и используется в медицине и ветеринарии как слабительное, антисептическое и мочегонное средство.

Соединения свинца также ядовиты. К наиболее токсичным относятся нитрат, ацетат и гидроксохлорид свинца, а так же тетраэтилсвинец. Загрязнение воздуха, почвы и воды соединениями свинца происходит в результате выброса их промышленными предприятиями, выхлопными газами автотранспорта. В соответствии с санитарными нормами содержание свинца в 1 л воды не должно превышать 0.1 мг. В основных сельскохозяйственных продуктах допускается следующее содержание свинца и ртути:

Гигиенические нормативы содержания свинца и ртути в основных продовольственных продуктах, (в мг/кг)

	Мясо	Молоко	Яйца
Свинец	0,5	0,1	0.3
Ртуть	0,03	0,005	0,02

Ацетат свинца и оксид свинца используются в медицине, ветеринарии как вяжущие и противовоспалительные средства в форме примочек, компрессов, мазей и пластырей.

Реакции катионов четвертой группы

Реактивы	Катионы
Ag+	Pb2+	Нg22+
HCl и хлориды	AgCl↓ — белый, растворимый в NH4ОH	PbC12↓- белый, растворимый в горячей воде	Hg2C12↓ — белый, чернеющий в NH4ОH
KOH, NaOH	Аg2O↓ — бурый	Pb(OH)2↓- белый, растворимый в кислотах и избытке щелочей.	Hg2О↓- черный
NH40H (избыток)	[Аg(NН3)2]+ раствор		Рb(ОН)↓-белый	(NН2Нg)NО3↓- белый + ↓Hg
K2Cr04	Аg2СrО4↓ кирпично- красный	PbCr04↓ — желтый	Hg2CrО4↓ — красный
H2S04	─────	PbS04↓ — белый	─────
Na2HP04	Аg3РО4↓ — желтый	─────	─────
НI, (KI)	AgI↓- желтый	РbI2↓- желтый, растворимый в горячей воде, NaOH, избытке КI	Hg2I2↓- грязно-зеленый, растворимый в избытке КI
Сu металлич.	─────	─────	Hg↓

Пятая аналитическая группа катионов: Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Bi³⁺

Катионы пятой группы образуют нерастворимые в воде сульфиды, гидроксиды и основные соли. Гидроксид аммония, который используется как групповой реактив, образует с катионами пятой группы, ярко окрашенные основные соли, которые, кроме солей висмута, растворимы в избытке аммиака. Образующиеся при этом комплексные соли — аммиакаты, также имеют характерную окраску.

Катионы меди, кадмия и висмута, кроме того, образуют комплексные соединения с цианидами и йодидами. В реакциях окисления-восстановления катионы пятой группы ведут себя как окислители и восстанавливаются до свободных металлов.

В водных растворах почти все катионы пятой группы окрашены.

Окраска растворов солей катионов пятой аналитической группы

Ион	Cu2+	Co2+	Ni2+	Cd2+	Bi3+
Окраска раствора	голубая	розовая	зеленая	бесцветная	бесцветная

Объектом качественного анализа на присутствие катионов меди, кобальта, никеля, кадмия и висмута являются удобрения, почвы, растения, биологические жидкости, сельскохозяйственное сырье, продовольственные продукты. Медь входит в состав удобрений и сельскохозяйственных ядов, например: медного купороса, парижской зелени Сu(СН₃СОО)₂3Сu(АsО₂)₂, бордосской жидкости. Медь необходима для нормальной жизнедеятельности растений и животных, так как входит в состав ферментов, влияет на белковый и углеводный обмен. Сульфат и карбонат меди используют в ветеринарии как антгельминтики. Медь отнесена к токсичным элементам. Предельно допустимое содержание меди в некоторых продуктах питания приведено в таблице N29. Кобальт входит в состав витамина В₁₂. Пониженное содержание этого микроэлемента в почвах, растениях, кормах и пищевых продуктах отрицательно сказывается на росте сельскохозяйственных культур, продуктивности животных и развитии человека. Избыточное содержание кобальта, как и меди, и кадмия считается токсичным.

Гигиенические нормативы содержания меди и кадмия в основных продовольственных продуктах, (в мг/кг)

	Мясо	Молоко	Яйца
Медь	5.0	1.0	3.0
Кадмий	0.05	0.03	0.01

Шестая аналитическая группа катионов: Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, As³⁺, As⁵⁺

Олово, мышьяк и сурьма расположены в 4-5 группах периодической системы и обладают неметаллическими свойствами. В то же время положение этих элементов в 4-5 периодах также отражается на их свойствах и позволяет в некоторых реакциях давать соединения, характерные для металлов. В частности, сурьма, мышьяк, и олово образуют амфотерные гидроксиды. В щелочной среде эти гидроксиды диссоциируют с образованием анионов: AsO₃^3-, АsО₄^3-, SbO₄^3-, SbО₃^3-,SnО₃^3-. В кислой среде образуются катионы : Аs^З+, As⁵⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺. Растворы солей этих катионов, образованных сильными кислотами, имеют кислую реакцию.

Мышьяк /III/, сурьма/III/ и олово /III/ в щелочной среде ведут себя как восстановители. Мышьяк /V/, cурьма /V/ в кислой среде проявляют свойства окислителей.

Характерной реакцией для катионов 6 группы является образование нерастворимых в воде сульфидов при взаимодействии с сероводородом в кислой среде. Сульфиды катионов 6 группы растворяются в сульфидах натрия, калия, аммония, образуя сульфосоли (тиосоли). Например:

↓Аs₂S₃ + ЗNа₂S = 2Nа₃АsS₃ тиомышьяковский натрий.

Сульфосоли по своему составу подобны кислородосодержащим кислотам тех же элементов с той разницей, что роль кислорода здесь играет элемент, ему аналогичный — сера.

Использование сероводорода в качестве группового реактива сопряжено с многочисленными трудностями.

Бессероводородный метод качественного анализа предусматривает осаждение катионов 6 группы (олова и сурьмы) едкими щелочами. При этом образуются соединения нерастворимые в воде, обладающие способностью растворяться в избытке щелочей.

В водных растворах сурьма образует ионы Sb^З+, Sb⁵⁺, олово Sn²⁺, Sn⁴⁺, мышьяк ­Аs^З+, ( в кислой среде); арсенит ион AsO₃^3- и арсенат-ион AsO₄^3- (в щелочной среде). Все эти ионы бесцветны. Соединения мышьяка сильно ядовиты. Мышьяк входит в состав сельскохозяйственных ядов: парижской зелени Сu(СН₃СОО)₂3Сu(АsО₂)₂, арсенита натрия, арсенита и арсената кальция. У животных и человека при попадании больших доз мышьяка внутрь наблюдаются острые отравления, сопровождающиеся сильной болезненностью органов брюшной полости, коликами, рвотой, поносом, слюнотечением, ослаблением сердечной деятельности, резким падением кровяного давления, параличом.

В ветеринарии соединения мышьяка применяют в качестве противопаразитарных средств и веществ, улучшающих обмен (осарсол, новарсенол, натрия арсенат).

Продовольственные продукты и сельскохозяйственное сырье подлежат обязательному анализу на присутствие мышьяка. Предельно допустимое содержание мышьяка составляет: в мясе- 0.1 мг/кг, в молоке- 0.05 мг/кг, в яйце — 0.1 мг/кг.

Биологическая роль сурьмы и олова выяснена недостаточно. В ветеринарии используют сульфиты сурьмы /III/ и /V/ в качестве отхаркивающих средств, арсенат олова как антгельминтик.

1. Общая характеристика катионов I аналитической группы

К катионам I группы относят ионы щелочных металлов (K⁺, Na⁺, Li⁺) и NH₄⁺.

Катионы щелочных металлов имеют законченные 2- или 8-электронные оболочки, подобные оболочкам инертных (благородных) газов. На внешнем электронном уровне находится 1 электрон, поэтому в сложных (гетероатомных) соединениях они проявляют только одну степень окисления +1. Для них характерны соединения с ионной связью (вспомните, NaCl, KNO₃) хорошо растворимые в воде, поэтому I группа не имеет группового реагента.

В водных растворах ионы щелочных металлов бесцветны, поскольку они не поглощают кванты света в видимой области спектра. Другое дело атомы щелочных металлов, образующиеся из ионов при нагревании в пламени горелки. Для перехода из основного в возбужденное состояние (переход электрона на более высокий энергетический уровень) атомам щелочных металлов необходима сравнительно небольшая энергия. Примерно через 10⁻⁸с, происходит переход в основное состояние (электрон возвращается на нижний энергетический уровень).

За счет выделения избыточной энергии в видимой области спектра пламя становится карминово-красным (Li⁺), желтым (Na⁺) или фиолетово-розовым (K⁺).

Большинство образуемых этими элементами солей хорошо растворимы в воде. Особенно важна для анализа растворимость в воде их сульфидов, гидроксидов, карбонатов и хлоридов, что отличает первую группу катионов от всех остальных аналитических групп. Аналогично ведут себя и соли аммония.

Водные растворы солей катионов I группы бесцветны.

2. Реакции обнаружения катионов I аналитической группы

 Цель работы: Изучение реакций обнаружения катионов I аналитической группы.

В ходе работы студенты получают практические навыки выполнения аналитических реакций, характерных для катионов I аналитической группы, осуществления контроля за кислотностью реакционной среды и температурными условиями протекания реакций, правильного и безопасного использования центрифуги для отделения осадков, проведения микро- кристаллоскопического анализа.

Полученные знания и умения необходимы при проведении анализа образца неизвестного состава, в частности, при выполнении контрольной работы № 1.

 Водные растворы солей катионов I группы бесцветны.

2.1 Реакции К⁺ – ионов

1. Реакция с гексанитрокобальтиатом (III) натрия

Гексанитрокобальтиат (III) натрия (кобальтинитрит натрия) Na₃[Co(NO₂)₆] образует с ионами калия в нейтральной или слабокислой (рН = 5) среде желтый осадок преимущественного состава K₂Na[Co(NO₂)₆]:

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- → K₂Na[Co(NO₂)₆]↓

Выполнение реакции:

1-2 капли раствора соли калия помещают в коническую пробирку и добавляют 1-2 капли раствора кобальтинитрита натрия и, если осадок не выпадет, дают постоять 2-3 минуты. Образуется хорошо различимый осадок желтого цвета, который отделяют от раствора на центрифуге.

ВНИМАНИЕ!!! Для проведения реакции следует использовать только свежеприготовленный раствор реагента (темно-желтого цвета); розовый цвет раствора свидетельствует о том, что реагент разложился и не пригоден для анализа.

При малой концентрации ионов K⁺ осадок может не образоваться. В этом случае рекомендуется реакционную смесь охладить под струей водопроводной воды и потереть внутренние стенки пробирки стеклянной палочкой. Наличие после центрифугирования на дне пробирки желтого пятна осадка указывает на присутствие ионов калия.

Ион аммония образует аналогичный желтый осадок (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆], отличие его от соответствующего соединения калия заключается в том, что он разлагается при нагревании. Реакцию следует проводить при нагревании, или в присутствии NH₄⁺ обнаружение ионов калия проводят по п.2. Остальные катионы первой и второй групп проведению этой реакции не мешают.

2. Обнаружение K⁺-ионов в присутствии ионов NH₄⁺.

При обнаружении ионов калия в присутствии ионов аммония последние необходимо удалить, переведя их в гексаметилентетрамин (уротропин) действием формальдегида в щелочной среде (рН 10):

4NH₄⁺ + 6HCOH + 4OH^– → N₄(CH₂)₆ + 10H₂O

Выполнение реакции:

В коническую пробирку помещают по 2-3 капли растворов солей калия и аммония, 5-6 капель формалина (40 % раствор формальдегида) и 1 каплю фенолфталеина. Затем осторожно по каплям добавляют раствор Na₂CO₃ до появления устойчивой красной окраски индикатора, что указывает на сильно щелочную среду (рН > 10), и полученную реакционную смесь около минуты нагревают на водяной бане. Затем раствор охлаждают под водопроводной водой, подкисляют уксусной кислотой до исчезновения красной окраски (рН = 5) и к 2-3 каплям полученного раствора добавляют 2-3 капли раствора кобальтинитрита натрия. Наблюдают образование желтого осадка по реакции. Если осадок не образуется, то потирают стенки пробирки стеклянной палочкой до помутнения раствора и отделяют выделившийся осадок на центрифуге.

3. Реакция с гидротартратом  натрия , NaHC₄H₄O_6.

Гидротартрат  натрия, NaHC₄H₄O₆ образует с ионом К⁺ белый кристаллический осадок КНС₄Н₄О₆, растворимый в НCl, КОН, в воде при нагревании и нерастворимый в СН₃СООН. Мешает ион NH₄⁺, образующий белый осадок с аналогичными свойствами.

KCl + NaHC₄H₄O₆ ↔ KHC₄H₄O₆ ↓ + NaCl

K⁺ + HC₄H₄O₆⁻ ↔ KHC₄H₄O₆ ↓

                                белый

Выполнение реакции:

В пробирку внесите 5 капель раствора КСl, 5 капель раствора реагента. Для ускорения реакции можно потереть стенки пробирки палочкой с тупым кончиком. Убедитесь, что выпавший осадок кристаллический – быстро оседает на дно пробирки.

Разделите содержимое пробирки на 4 части, перенеся 3 части капилляром в 3 чистые пробирки, и

– к 1-ой добавьте 5 капель воды и поставьте в горячую водяную баню – осадок растворился – почему?

• растворимость большинства веществ с повышением температуры увеличивается.

– ко 2-ой добавьте 5 капель 2М НСl – осадок растворился – почему?

• HCl – кислота более сильная, чем винная H₂C₄H₄O₆. Осадок растворяется,

KHC₄H₄O₆ + HCl → H₂C₄H₄O₆ + KCl

так из-за образования более слабой кислоты H₂C₄H₄O₆ равновесие осадок ↔ раствор смещается вправо.

– к 3-ей добавьте 5 капель 2М CH₃COOH – осадок не растворился – почему?

• CH₃COOH более слабая кислота, чем H₂C₄H₄O₆.

– к 4-ой добавьте 5 капель 2 М KОН – осадок растворился – почему?

• в результате реакции

KHC₄H₄O₆ + KOH → K₂C₄H₄O₆ + H₂O,

образуется слабый электролит – H₂O и равновесие осадок ↔ раствор смещается вправо.

Условия обнаружения иона  К⁺:

а) достаточно большая концентрация К⁺ в растворе;

б) нейтральная или слабокислая (pH 4- 7) среда;

в) комнатная температура;

г) отсутствие иона NH₄⁺.

4. Микрокристаллоскопическая реакция.

“Тройной нитрит”, Na₂PbCu(NO₂)₆, реагент ярко-зеленого цвета, образует с ионом К⁺ черные кубические кристаллы. Для ускорения реакции можно добавить несколько кристалликов твердого NaNO₂.

2 KCl + Na₂PbCu(NO₂)₆ ↔ K₂PbCu(NO₂)₆↓ + 2 NaCl

                                                черный

Определению мешает NH₄⁺, так как он образует аналогичные черные кубические кристаллы.

Выполнение реакции:

На предметное стекло поместите 1 каплю раствора KCl, на некотором расстоянии от нее 1 каплю раствора NH₄Cl, подсушите на воздухе. К обеим каплям прибавьте по 1капле реагента. Рассмотрев под микроскопом края капель, убедитесь, что образовавшиеся кристаллы идентичны.

Рис.1. Кристаллы K₂PbCu(NO₂)₆

Условия обнаружения иона К⁺: отсутствие иона NH₄⁺.

 5. Платинохлористводородная кислота H₂[PtCl₆]

Платинохлористводородная кислота H₂[PtCl₆] дает в достаточно концентрированных растворах солей калия желтый кристаллический осадок хлороплатината калия:

2К⁺ + [PtCl₆]^2- → К₂[PtCl₆]↓

                                 желтый

Выполнение реакции:

В пробирку внесите 5 капель раствора КСl и 5 капель раствора реагента. Для ускорения реакции можно потереть стенки пробирки палочкой с тупым кончиком. Убедитесь, что выпавший осадок кристаллический – быстро оседает на дно пробирки.

Ион аммония дает аналогичный осадок.

6. Хлорная кислота HClO₄ дает белый осадок перхлората калия:

К⁺ + ClO₄^– → КClO₄↓

                       Белый

Выполнение реакции:

1-2 капли раствора соли калия помещают в пробирку, добавляют 3 капли хлорной кислоты. Наблюдают образование белого осадка.

 7. Реакция окрашивания пламени.

Выполнение реакции:

Чистую нихромовую проволочку смочите раствором КСl и внесите в пламя горелки (не забудьте, горячая зона пламени находится в верхнем конусе). Пламя окрасится в фиолетовый цвет.

Мешает Na⁺, окрашивающий пламя в интенсивный желтый цвет, но если рассматривать окраску пламени через индиговую призму (темно-синее стекло), Na⁺ не мешает.

2.2 Реакции Na⁺-ионов

1. Реакция с цинкуранилацетатом (микрокристалоскопическая).

Цинкуранилацетат (раствор Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ в разбавленной уксусной кислоте) образует с ионами натрия желтый осадок натрийцинкуранилацетата тетраэдрической и октаэдрической формы:

 Na⁺ + Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ + CH₃COO^– + 9H₂O →

 → NaZn(UO₂)₃(CH3COO)₉ *9H₂O↓                                                     

Выполнение реакции:

 На чистое и сухое предметное стекло помещают 1 каплю раствора хлорида натрия, 1 каплю воды и 1 каплю раствора цинкуранилацетата

Осторожно смешивают капли стеклянной палочкой и через 2-3 минуты рассматривают под микроскопом форму образовавшихся кристаллов, которые представляют собой правильные октаэдры или тетраэдры желтоватого цвета (рис.2).

                                 

 Рис.2. Кристаллы натрийцинкуранилацетата NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉ *9H₂O

 Эта реакция специфична для ионов натрия, присутствие других катионов I и II аналитических групп не мешает его обнаружению.

2. Реакция с дигидроантимонатом калия.

Дигидроантимонат калия KH₂SbO₄ (кислая калиевая соль ортосурьмяной кислоты H₃SbO₄) дает с растворами солей натрия белый кристаллический осадок дигидроантимоната натрия:

Na⁺ + H₂SbO₄^– → NaH₂SbO₄↓

Выполнение реакции:

Для выполнения реакции к 2-3 каплям раствора соли натрия нужно прибавить равный объем раствора реагента и потереть стенки пробирки стеклянной палочкой. Убеждаются в том, что осадок кристаллический (Важный признак NaH₂SbO₄! По выпадению аморфного осадка нельзя делать заключения о присутствии Na⁺ в растворе). Для этого раствор оставляют на некоторое время, чтобы осадок успел сформироваться, затем закрывают отверстие пробирки пробкой и переворачивают пробирку. На стенках будут заметны крупные кристаллы кубической формы.

При выполнении рассматриваемой реакции должны соблюдаться следующие условия:

а) достаточно большая концентрация соли натрия;

б) нейтральная реакция исследуемого раствора (рН ≈ 7);

в) ведение реакции на холоду, поскольку растворимость NaH₂SbO₄ сильно возрастает с повышением температуры.

г) отсутствие иона NH₄⁺.

3. Реакция окрашивания пламени.

Выполнение реакции:

Чистую нихромовую проволочку смочите раствором NaCl и внесите в пламя горелки. Появится интенсивная, долго неисчезающая желтая окраска.

2.3 Реакции NH₄⁺-ионов

1. Реакция со щелочью

Едкие щелочи (NaOH, KOH) выделяют из растворов солей аммония при нагревании газообразный аммиак:

NH₄⁺ + OH^– → NH₃↑ + H₂O                                                                

 Выполнение реакции:

 2-3 капли раствора соли аммония вносят в пробирку, осторожно, не касаясь стенок пробирки, добавляют 3-4 капли раствора NaOH или KOH, закрывают пробирку ватным тампоном и кладут сверху полоску универсальной индикаторной бумаги, смоченную дистиллированной водой.

Пробирку с полученной реакционной смесью нагревают на водяной бане, и выделяющийся аммиак обнаруживают по посинению универсальной индикаторной бумаги. Обнаружить аммиак можно также по запаху.

Реакция чувствительна, специфична и позволяет дробно обнаруживать ион аммония в присутствии катионов всех аналитических групп.

 2. Реакция с реактивом Несслера.

Реактив Несслера (раствор K₂[HgI₄] в KOH) в присутствии NH₄⁺-ионов образует характерный красно-бурый осадок:

NH₄⁺ + 2[HgI₄]^2- + 4OH^– → [NH₂Hg₂O] I↓ +7I^– + 3H₂O                    

 Выполнение реакции:

1-2 капли раствора соли аммония помещают в пробирку, добавляют 5 капель воды и 2-3 капли реактива Несслера. Наблюдают образование красно-бурого осадка.

Проведению реакции мешают катионы других аналитических групп, образующие окрашенные осадки гидроксидов. Реакция очень чувствительная, однако, менее специфична, чем реакция со щелочью.

3. Отношение NH₄⁺ к действию реагентов на К⁺ и Na⁺.

Изучив важнейшие качественные реакции NH₄⁺, выясним как он относится к действию реагентов, применяемых при обнаружении К⁺ и Na⁺. Это необходимо для понимания систематического хода анализа смеси катионов I группы.

а) NaHC₄H₄O₆, Na₃[Co(NO₂)₆], Na₂PbCu(NO₂)₆ дают с NH₄⁺ соответствующие осадки, по виду неотличимые от осадков, образуемых К⁺. Убедитесь в этом на опыте (для выполнения реакции с NaHC₄H₄O₆ следует брать достаточно концентрированный (насыщенный) раствор NH₄Cl). Следовательно присутствие NH₄⁺ мешает обнаружению К⁺.

б) KH₂SbO₄ при взаимодействии с растворами солей аммония вследствие присущей им (благодаря гидролизу) кислой реакции может выделить белый аморфный осадок HSbO₃, образующийся по уравнениям:

 NH₄⁺ + Н₂О → NH₄OH + H⁺

KH₂SbO₄ + H⁺ → H₃SbO₄ + K⁺

H₃SbO₄ → HSbO₃↓ + Н₂О

Следовательно, присутствие NH₄⁺ мешает также и обнаружению Na⁺ этой реакцией.

Однако, применяя микрокристаллоскопическую реакцию с цинкуранилацетатом, Na⁺ можно обнаружить в присутствии NH₄⁺.

Вывод: ион NH₄⁺ мешает обнаружению К⁺ и Na⁺, поэтому:

а) присутствие NH₄⁺ в растворе следует установить, прежде чем приступить к обнаружению К⁺ и Na⁺;

б) если ион NH₄⁺ обнаружен, он должен быть полностью удален из раствора.

Удаление иона NH₄⁺

Способов удаления NH₄⁺ много. Для удаления иона аммония обычно пользуются летучестью его солей при нагревании. Рассмотрим один из них, простой и надежный.

Анализируемый раствор досуха выпаривают в фарфоровой чашечке на

песочной бане, прибавляют 2-3 капли HNO₃ (1:1) и вновь выпаривают досуха.

При повышенной температуре протекает реакция,

NH₄NO₃ → N₂O + 2 H₂O

в результате которой, NH₄NO₃ необратимо разлагается с образованием летучих продуктов – N₂O и H₂O.

Полагается проверить полноту протекания реакции. Для этого сухой остаток растворяют в небольшом количестве воды и, взяв каплю полученного раствора, выполняют реакцию обнаружения NH₄⁺ с помощью реактива Несслера (см. ниже). Если реакция положительная, раствор в чашечке выпаривают досуха, обрабатывают cухой остаток HNO₃ и вновь проверяют полноту удаления NH₄⁺.