Аналітична класифікація катіонів за сірководневим методом аналізу

У сірководневому методі якісного аналізу всі катіони (~ 80) поділяють на 5 аналітичних груп.

До першої належить група катіонів (NH₄⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ та інші), яка складається з елементів головної підгрупи першої групи періодичної системи Д.І.Менделєєва (Li, Na, K, Rb, Cs). Сюди ж відносяться йони гідроксонію (H₃O⁺) та амонію (NH₄⁺), а також катіон магнію (Mg²⁺), який є аналогом Li⁺ за діагональним напрямком в таблиці Д.І.Менделєєва. Через подібність будови зовнішнього рівня електронної оболонки (...s¹) всі катіони лужних металів однаково взаємодіють з багатьма реагентами, але групового реагента не мають, так як більшість їх солей добре розчинні у воді. Катіони І-ої групи відкривають у розчині дробним методом за допомогою специфічних реакцій.

Друга аналітична група катіонів (Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺) містить йони лужно-земельних металів, які входять в головну підгрупу другої групи періодичної системи та мають на зовнішньому рівні електронної оболонки два електрони (...s²). Їх карбонати, сульфати, фосфати та оксалати мають малу розчинність.

Груповим реагентом на ІІ групу катіонів служить карбонат амонію (NH₄)₂CO₃ в присутності амонійного буферного розчину (NH₄Cl + NH₄OH), який створює pH = 9.2. Груповий реагент у розчині піддається гідролізу

NH₄⁺ + CO₃^2– + H₂O « HCO₃^– + NH₄OH

і реакція, яка відбувається при осадженні катіонів ІІ групи, описується рівнянням:

Me²⁺ + HCO₃^– + NH₄OH ® MeCO₃¯ + NH₄⁺ + H₂O.

Катіон Mg²⁺, який міг би випадати в осад у вигляді основного карбонату магнію, добре розчинний у надлишку (NH₄)₂CO₃ та NH₄Cl і тому залишається в розчині разом з катіонами І аналітичної групи:

(MgOH)₂CO₃ + 4NH₄⁺ + H₂O ® 2Mg²⁺ + 4NH₄OH + CO₂;

Третя аналітична група катіонів (Al³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺) складається з елементів, які належать до різних груп періодичної системи, однак містять на зовнішньому енергетичному рівні два (...4s²) або три електрони, як йон Al³⁺ (...3s²3p¹), Cr³⁺ (...3d⁵4s¹), Fe³⁺ (...3d⁶4s²). Вони осаджуються груповим реагентом - сульфідом амонію (NH₄)₂S у середовищі з pH = 9.2, тобто в присутності амонійного буферного розчину (NH₄Cl + NH₄OH):

2NH₄⁺ + S^2– + H₂O « NH₄⁺ + HS^– + NH₄OH.

Третю групу катіонів можна поділити на 2 підгрупи:

- катіони, що утворюють нерозчинні гідроксиди (Al³⁺, Cr³⁺, Be²⁺, Ti⁴⁺ та інші), наприклад, Al³⁺ + 3S^2– + 3H₂O ® Al(OH)₃¯ + 3HS^–;

- катіони, що утворюють нерозчинні сульфіди (Mn²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺ та інші), наприклад, Fe²⁺ + S^2– ® FeS¯.

Деякі катіони ІІІ групи можуть перебувати в різних ступенях окиснення, тому для їх виявлення широко використовуються окисно-відновні реакції. При аналізі катіонів ІІІ групи слід звертати увагу на гідроліз їх солей, амфотерність гідроксидів та здатність до комплексоутворення. Наприклад, катіон Al³⁺ під дією NaOH утворює білий осад

Al³⁺ + 3OH^– ® Al(OH)₃¯,

який розчинний в кислотах Al(OH)₃ + 3H⁺ ® Al³⁺ + 3H₂O

та лугах (прояв амфотерності) Al(OH)₃ + 3OH^– ® [Al(OH)₆]^3– або

Al(OH)₃ + 3NaOH ® Na₃AlO₃ + 3H₂O.

Для катіонів Fe²⁺ і Fe³⁺ характерні реакції комплексоутворення:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3– ® Fe₃[Fe(CN)₆]₂¯;

(турнбулева синь)

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4– ® Fe₄[Fe(CN)₆]₃¯.

(берлінська блакить).

Катіони четвертої аналітичної групи (Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, As³⁺, As⁵⁺) осаджують сірководнем у кислому середовищі при pH = 0.5. Їх також можна поділити на дві підгрупи:

- підгрупу міді (Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺), сульфіди яких нерозчинні в надлишку розчину Na₂S або (NH₄)₂S;

- підгрупу арсену (Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, As³⁺, As⁵⁺), сульфіди яких розчиняються в надлишку розчину Na₂S або (NH₄)₂S з утворенням тіосолей, наприклад,

As₂S₃ + 3Na₂S ® 3Na₃AsS₃(тіоарсеніт натрію).

Сульфіди катіонів ІV групи нерозчинні в розведених HCl і H₂SO₄, але розчиняються в HNO₃.

Катіони п'ятої аналітичної групи (Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺) осаджують концентрованою HCl, яка є груповим реагентом.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.