• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

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⁺ + S^2ˉ → 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 СгО₄² ˉ жовтого кольору, а в кислотному середовищі - до дихромат-іонів Сг₂О₇² ˉ 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 СгО₅ синього 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)₃ має 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:

As₂S_3(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:

1. CMM. Групи ключових процесів
2. I. Загальна характеристика політичної та правової думки античної Греції.
3. II. ВИРОБНИЧА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОФЕСІЇ
4. II. Морфофункціональна характеристика відділів головного мозку
5. IV. Загальна оцінка діяльності вчителя
6. IV. Загальна схема поточного і підсумкового контролю та оцінювання знань студентів
7. Ni - загальна кількість періодів, протягом яких діє процентна ставка ri.
8. Аварії на хімічно-небезпечних об’єктах та характеристика зон хімічного зараження.
9. Автобіографія. Резюме. Характеристика. Рекомендаційний лист
10. Автокореляційна характеристика системи
11. Агровиробничі групи грунтів України
12. Алгоритм вибору групи ЛП для самолікування діареї

Переглядів: 4603