Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Загальна характеристика групи

До четвертої аналітичної групи належать катіони: Zn²⁺ , Сг³⁺ , А1³⁺ , As³⁺ , As⁵⁺ , Sn²⁺ , Sn⁴⁺ . Груповим реактивом є розчин натрій гідроксиду NaOH ,який осаджує всі перелічені катіони у вигляді гідроксидів, що мають амфотерні властивості, тобто розчиняються в кислотах і в надлишку реактиву. Враховуючи значення цих йонів для медицини і фармацевтичного аналізу, розглянемо якісні реакції катіонів Цинку і Хрому, а також Алюмінію й Арсену.

Катіони Цинку і Хрому(III) належать до родини d-елементів, інші є р-елементами. Сполуки Цинку та Алюмінію характеризуються сталою валентністю (II і III), а відповідно, і ступенем окиснення. Хром належить до перехідних металів, тому виявляє різні ступені окиснення: +2, +3, +6. У зв'язку з цим катіони Zn²⁺ і А1³⁺ легше вступають у реакції комплексо-утворення, а йони Хрому — в окисно-відновні реакції, причому йони з нижчим ступенем окиснення є відновниками, а з вищим — тільки окисниками.

Оксидам з нижчими ступенями окиснення відповідають основи, з вищими — кислоти, а з проміжними — і основи, і кислоти. Кислотно-основні властивості сполук Хрому залежно від його валентності наведено в табл. 12.1:

Катіони четвертої аналітичної групи при взаємодії з лугами утворюють гідроксиди, які відносять до слабких основ. Вони не розчиняються у воді, але розчиняються в кислотах. Виявляючи типові амфотерні властивості, гідроксиди цих катіонів розчиняються не лише в кислотах, а й у лугах. Наприклад:

Zn (ОН)₂ + 2НС1 = ZnCl₂ + 2 Н₂О ;

Zn(OH)₂+2KOH₍_p._H₎=K₂[Zn(OH)₄];

Сг(ОН)₃+ЗНС1 = СгС1₃ + ЗН₂О;

Сг(ОН)₃ +ЗКОН_(р._н) =К₃[Сг(ОН)₆].

У водних розчинах амфотерні електроліти (амфоліти) дисоціюють на йони Гідрогену Н⁺ і гідроксид-іони ОН" за рівняннями

Zn(OH)₂+2H₂O ↔ 2H⁺+[Zn(OH)₄]²ˉ (як кислота);

Zn (OH)₂ ↔ ZnOH⁺ + ОНˉ І ступінь (як основа);

ZnOH⁺↔ Zn²⁺+ ОНˉ ІI ступінь

Середні солі катіонів третьої групи — хлориди, нітрати, сульфати й ацетати — добре розчиняються у воді, а сульфіди, карбонати й фосфати у воді не розчинні, але добре розчиняються в кислотах.

Оскільки розчинні у воді солі утворені слабкими основами типу Zn(OH)₂, А1(0Н)₃, Сг(ОН)₃, то практично всі вони гід-ролізують (див. п. 3.5), наприклад:

Zn²⁺+НОН ↔ ZnOH⁺ + Н⁺ .

У результаті гідролізу утворюються основні солі, а реакція середовища стає кислотною (рН < 7).

Солі, що містять катіон слабкої основи і аніон слабкої кислоти, наприклад карбонати або сульфіди Алюмінію і Хрому(ІII), у водних розчинах не існують, оскільки вони гідролі-зують повністю:

Сг₂ (СО)₃+ЗНОН → 2Сг(ОН)₃↓+ ЗСО₂ ↑ ;

Cr₂S₃ + 6HOH → 2Cr(OH)₃↓+ 3H₂S↑.

Алюміній — один із найпоширеніших металів земної кори (8 % за масою). Він належить до хімічно активних елементів, його сполуки виявляють типові амфотерні властивості. Зв'язки у них мають змішаний йонно-ковалентний характер, ступінь окиснення є величиною сталою і дорівнює +3.

У водних розчинах гідратовані катіони Алюмінію

[А1(Н₂О)₆]³⁺ і Цинку [Zn(H₂O)₄]²⁺ безбарвні, а Хрому(III)

[Сг (Н₂О)₆]³⁺ — забарвлені у зелений колір, що й використовують у якісному аналізі.

Арсен, утворює катіони зі ступенями окиснення +3 і +5. Оскільки це амфотерний хімічний елемент, то в лужному середовищі існують аніони оксигено-вмісних кислот AsO₃^{3 ˉ} і AsO₄^3ˉ(арсеніт-і арсенат-іони), а в кислотному — катіони:

AsO₃^3ˉ ↔ As(OH)₃↔As³⁺

Лужне Нейтральне Кислотне

середовище середовище середовище

Отже, визначення Арсену у формі катіонів проводять у сильнокислотному середовищі, а у формі аніонів — у слабко-кислотному, нейтральному або лужному.

Зазначимо, що сполуки Арсену дуже токсичні, тому робота з ними потребує особливої обережності й чіткого дотримання правил техніки безпеки.

Якісні реакції катіонів Zn²⁺, Cr³⁺, А1³⁺, As³⁺. As⁵⁺

Реакції катіонів Цинку Zn²⁺

1*. Реакція з сульфідом натрію або амонію.Натрій сульфід (або амоній сульфід) осаджує з розчинів солей Цинку білий осад ZnS , який розчиняється в хлоридній, але не розчиняється в ацетатній кислоті:

Zn²⁺ + S²^ˉ → ZnS↓

ZnS_(T) + 2 НСl = ZnCl₂ + H₂S ↑.

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Цинку добавляють таку саму кількість розчину сульфіду натрію або амонію. Спостерігають утворення осаду, який ділять на дві частини. До однієї добавляють хлоридну, до другої — ацетатну кислоту іроблять висновок про розчинність ZnS у кислотах.

2*. Реакція з жовтою кров'яною сіллю. Калій гексаціано-ферат(II) K₄[Fe(CN)₆] (жовта кров'яна сіль) за наявності солей Цинку утворює білий осад калій-цинк гексаціаноферату(ІІ):

3Zn²⁺+ 2K₄[Fe(CN)₆] = K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂↓ + 6K⁺.

Ця реакція специфічна, дає змогу відрізнити йони Zn²⁺ від Аl³⁺ , причому йони Сг³⁺ не впливають на перебіг реакції.

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Цинку добавляють таку саму кількість реактиву, перемішують і нагрівають суміш до кипіння. Спостерігають утворення осаду, не розчинного в розбавленій хлоридній кислоті.

3. Реакція з груповим реактивом.Гідроксиди лужних ме
талів осаджують з розчинів солей Цинку білий осад цинк
гідроксиду, який добре розчиняється в надлишку реактиву,
оскільки Zn(OH)₂ є типовою амфотерною основою:

Zn²⁺ + 2 ОH ˉ = Zn (ОН)₂ ↓;

Zn(OH)₂₍_T₎ +2ОН^ˉ = [Zn(OH)₄]^2ˉ .

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Цинку повільно (краплями) добавляють розчин лугу до утворення осаду. Утворений осад ділять на дві частини і досліджують його розчинність у надлишку реактиву та в хлоридній кислоті.

4. Реакціяз дитизоном. Дифенілтіокарбазон (дитизон) ут
ворює з йонами Zn²⁺ у розчині хлороформу забарвлену внут-
рішньокомплексну сіль — дитизонат цинку:

Реакція характеризується високою чутливістю (0,025 мкг).

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Цинку добавляють кілька крапель хлороформного розчину дитизону і спостерігають забарвлення хлороформного шару в малиново-червоний колір.

Реакції катіонів Хрому Сг³⁺

5. Реакція з груповим реактивом.їдкі луги NaOH , КОН
осаджують йони Сг³⁺ у вигляді гідроксиду сіро-зеленого кольору, який має амфотерні властивості:

Сг³⁺ + ЗОН ˉ → Сг(ОН)₃↓;

Сг(ОН)_3{т) +ЗОН ˉ → [Сг(ОН)₆]³ˉ;

Сг(ОН)_3(т)+ЗН⁺ → Сг³⁺ + ЗН₂О.

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Хрому(Ш) повільно добавляють розчин лугу до утворення осаду. Утворений осад ділять на дві частини і досліджують його розчинність у надлишку реактиву та в хлоридній кислоті.

6. Реакція з амоній сульфідом.Амоній сульфід (NH₄)₂S
при взаємодії з солями Хрому(Ш) осаджує гідроксид хрому(Ш)
Сг(ОН)₃ сіро-зеленого кольору. При цьому виділяється сірководень:

2Сг³⁺ + ЗS^2ˉ+ 6H₂О → Сг(ОН)₃↓ + H₂S↑

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Хрому(Ш) добавляють 5—6 крапель розчину амоній сульфіду і трохи нагрівають. Спостерігають утворення осаду Сг(ОН)₃.

7. Реакція з сильними окисниками.Сильні окисники (Н₂О₂, KMnO₄, (NH₄)₂S₂O₈, Cl₂) в лужному середовищі окиснюють йони Сг³⁺ до хромат-іонів СгО₄²ˉ жовтого кольору, а в кислотному середовищі - до дихромат-іонів Сг₂О₇²ˉ оранжевого кольору.

Окисно-відновні реакції описують такими йонними рівняннями:

2 СгО₂ˉ+ З Н₂О₂ + 2 ОН ˉ → 2 СгО ² ˉ + 4 Н₂О

СгО₂ˉ+ 4 ОНˉ - Зе → СгО₄²ˉ + 2 Н₂О 2

Н₂О₂+2е → 2ОН ˉ 3

Mn^z⁺ + 4H₂O

Виконання реакції з гідроген пероксидомН₂О₂. У пробірку вносять 2—3 краплі розчину солі Хрому(Ш) і добавляють 4—5 крапель розчину лугу (до розчинення осаду Сг(ОН)₃), 3—4 краплі розчину Н₂О₂ і трохи нагрівають. Спостерігають перехід забарвлення із зеленого у жовте.

Якщо утворений розчин підкислити сульфатною кислотою, то гідроген пероксид окиснює хромат-іони до пероксиду СгО₅синього кольору:

СгО₄² ˉ + 2 Н₂О₂+2 Н⁺ = СгО₅ + З Н₂О.

При добавлянні до цього розчину ефіру і перемішуванні суміші ефірний шар забарвлюється у синій колір.

Виконання реакції з калій перманганатом КМпО₄. У фарфорову чашку вносять 5—6 крапель розчину солі Хрому(Ш), кілька крапель 1М розчину H₂SO₄ і 1 мл розчину КМпО₄ . Суміш кип'ятять до переходу малинового забарвлення в оранжеве. Після охолодження до суміші добавляють 2—3 краплі Н₂О₂, 0,5 мл ефіру і перемішують. Спостерігають забарвлення ефірного шару в синій колір, що пояснюють утворенням пероксиду хрому СгО₅ за рівнянням

Сг₂О²ˉ + 4 Н₂О₂ + 2 Н⁺ → 2 СгО₅ + 5 Н₂О.

Реакція утворення пероксиду хрому є високочутливою (2,5 мкг) і специфічною.

Реакції катіонів Алюмінію Аl³⁺

8. Реакція з розчином амоніаку.Водний розчин амоній гідроксиду осаджує з розчинів солей Алюмінію білий аморфний осад алюміній гідроксиду:

Al⁺³ + 2NH₄OH → Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺

Алюміній гідроксид Al(OH)₃має амфотерні властивості, отже він легко розчиняється в кислотах та лугах:

Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al⁺³ + 3H₂O

Аl(ОН)_3(Т) + ОН- = [ А1 (ОН)₄ ].

Виконання. До 3—4 крапель розчину солі Алюмінію добавляють 5—6 крапель розчину амоній гідроксиду. Утворений осад ділять на дві частини; до однієї частини добавляють хлоридну кислоту, до другої — розчин лугу. Спостерігають розчинення осаду в обох пробірках.

9. Реакція з груповим реактивом.їдкі луги КОН і NaOH осаджують з розчинів солей Алюмінію білий аморфний осад алюміній гідроксиду:

Al⁺³ +3OH ˉ → Al(OH)₃↓

Утворений осад розчиняється в кислотах і лугах (див. реакцію 8).

Виконання. До 3—4 крапель розчину солі Алюмінію повільно добавляють розчин лугу до утворення осаду. Досліджують його розчинність у кислотах і лугах.

10*. Реакція з кобальт(ІІ) нітратом.Кобальт нітрат при прожарюванні з солями Алюмінію утворює кобальт алюмінат синього кольору, який називають "тенаровою синькою":

2A1₂(SO₄)₃ +2Co(NO₃)₂ → 2Со(А1О₂)₂ + 4NO₂ ↑ +O₂ ↑ +6SO₃ ↑.

Виконання. У фарфорову чашку вносять 3—4 краплі розчину солі Алюмінію, добавляють таку саму кількість розчину кобальт нітрату. Суміш випарюють і прожарюють до виділення газів. Спостерігають утворення кобальт алюмінату синього кольору.

11. Реакція з алізарином.Органічний реактив — 1,2-діок-сіантрахінон (алізарин) утворює з алюміній гідроксидом внут-рішньокомплексну сполуку яскраво-червоного забарвлення, яку називають "алюмінієвим лаком".

Чутливість цієї реакції — 0,5 мкг, її виконують краплинним методом.

Виконання. Кілька крапель розчину солі Алюмінію наносять на смужку фільтрувального паперу, яку впродовж 2—3 хв тримають над концентрованим розчином NH₄OH (для утворення А1(ОН)₃ за реакцією 8). Потім добавляють кілька крапель спиртового розчину алізарину і знову тримають смужку над випарами амоніаку. Поява червоного забарвлення на фіолетовому фоні підтверджує наявність у досліджуваному розчині йонів А1³⁺ . Рівняння реакції записують так:

Реакції катіонів Арсену As³⁺ і As⁵⁺

12. Реакціяз сульфідами.У сильнокислотному середовищі сульфіди при взаємодії з солями Арсену утворюють жовті осади As₂S₃ або As₂S₆:

2As³⁺ + 3S²ˉ=As₂S₃↓;

2As⁵⁺ + 5S²ˉ=As₂S₅↓;

Арсен(Ш) сульфід не розчинний у концентрованій НС1, він розчиняється в розчинах натрій сульфіду або амоніаку з утворенням тіосолей:

As₂S₃₍_T₎ + 3Na₂S = 2Na₃AsS₃;

Осад As₂S₅ також розчиняється в надлишку розчину натрій сульфіду, утворюючи розчинну у воді тіосіль за рівнянням

As₂S_5(T)+3 Na₂S = 2 Na₃ AsS₄.

Виконання. До 4—5 крапель розчину, що містять солі Арсену(III) або Арсену(V), добавляють 2—3 краплі 2М розчину хлоридної кислоти і пропускають у розчин сірководень. Спостерігають утворення жовтого осаду.

13. Реакціяз аргентум нітратом.Розчин AgNO₃ утворює з з солями Арсену(Ш) жовтий осад аргентум арсеніту Ag₃As0₃, а з солями Арсену(V) — шоколадно-коричневий осад аргентум арсенату Ag₃AsО₄:

AsO₃^3ˉ + 3Ag⁺ → Ag₃AsО₃↓

AsO₄^3ˉ + 3Ag⁺ → Ag₃AsО₄↓

Ця якісна реакція дає можливість розрізнити сполуки Арсену різної валентності.

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі арсенітної Na₃As0₃ або арсенатної Na₃As0₄ кислоти добавляють таку саму кількість розчину реактиву і спостерігають утворення осаду, що відрізняється кольором.

14. Реакція з окисниками або відновниками. 1.Розчин йоду (окисник) знебарвлюється солями арсенітної кислоти внаслідок його відновлення до гідроген йодиду за рівнянням

AsO₃^3ˉ + J₂ + H₂O → AsO^3ˉ₄+ 2J⁺ + 2 Н⁺ .

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Na₃AsО₃ добавляють невелику кількість твердого натрій гідрогенкарбонату NaHCO₃ (для зміщення рівноваги реакції вправо) і після розчинення солі добавляють кілька крапель розчину йоду. Спостерігають знебарвлення розчину йоду.

2. Калій йодид (відновник) унаслідок взаємодії з солями арсенатної кислоти в кислотному середовищі окиснюється до йоду, який забарвлює розчин у жовтий колір:

AsO₄^3ˉ + 2J⁺ + 2 Н⁺ → AsO^3ˉ₃+J₂ + Н₂О.

Виконання. До 4—5 крапель розчину солі Na₃As0₄ добавляють 3—4 краплі концентрованої НС1 і 0,5 мл бензену. До суміші краплями добавляють розчин калій йодиду і перемішують. Спостерігають забарвлення верхнього прошарку бензену у фіолетовий колір.

15. Реакція Марша.Атомарний водень, що утворюється при взаємодії цинку з сірчаною кислотою, відновлює сполуки Арсену(Ш) і Арсену(У) до арсину AsH₃. Утворений газ легко розкладається з утворенням Арсену, який виявляють за допомогою розчину AgNO₃:

AsO₃^3ˉ + 3Zn + 9H⁺ = AsH₃ ↑ + 3Zn²⁺ + 3H₂O;

AsO₄^3ˉ + 4Zn + 11H⁺=AsH₃↑+ 4Zn²⁺ + 4H₂O;

2AsH → t 2As + 3H

Реакція високочутлива і дає змогу виявити навіть незначні кількості сполук Арсену в біоматеріалі.

Виконання. У пробірку вносять 2—3 мл сульфатної кислоти, додають кілька кусочків металічного цинку і 3—4 краплі

досліджуваного розчину. У верхню частину пробірки вставляють ватний тампон, просочений розчином плюмбум ацетату (для того, щоб зв'язати можливі домішки сірководню H₂S). Отвір пробірки накривають фільтрувальним папером, змоченим розчином AgNO₃. За наявності в розчині сполук Арсену на фільтрувальному папері появляється бура або чорна пляма. Оскільки AsH₃ дуже отруйний, то цей дослід проводять у витяжній шафі

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Забарвлення полум’я.	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.009 сек.