3.5. Реакции обнаружения катионов

Аналитическая классификация катионов связана с их разделением на аналитические группы при последовательном действии групповыми реагентами. В настоящем пособии рассматривается кислотно-щелочная схема разделения катионов. Она основана на различном отношении катионов к кислотам (хлороводородной и серной) и основаниям (гидроксидам натрия, калия и аммония) и различной растворимости хлоридов, сульфатов и гидроксидов в воде, кислотах, щелочах и растворе аммиака. По отношению к групповым реагентам все катионы делятся на шесть аналитических групп (см. табл. 1), поэтому их аналитические реакции целесообразно расположить в соответствии с используемой классификацией.

Таблица 1

Кислотно-щелочная классификация катионов

Номер группы	Катионы	Групповой реагент	Продукты реакции и аналитический сигнал
I	Ag+, Hg22+, Pb2+	2 M HCl	AgCl, Hg2Cl2, PbCl2. Осадки белого цвета
II	Ca2+, Ba2+, Sr2+	1 М H2SO4	CaSO4, BaSO4. Осадки белого цвета, н.р. в кислотах и щелочах
III	Аl3+, Zn2+, Cr3+ Sn(II,IV), As(III,V)	Избыток 2 М NaOH+H2O2	АlO2-, ZnO22-, AsO43-, SnO32- - бесцветные растворы; CrO42- – раствор желтого цвета
IV	Mg2+, Mn2+, Fe(II,III)	Избыток 2 М NaOH (KOH) + H2O2	H2MnO3, Mg(OH)2, Fe(ОН)3. Mg(OH)2 - осадок белого цвета; H2MnO3, Fe(ОН)3 - осадки бурого цвета
V	Cu2+, Cd2+, Co2+, Ni2+ Hg2+	Избыток раствора NH3	[Cu(NH3)4]2+, [Cd(NH3)4]2+, [Ni(NH3)6]2+,[Co(NH3)6]3+, [Hg(NH3)4]2+
VI	NH4+, Na+, K+	Нет	Открывают дробным методом

3.5.1. Первая группа катионов

К I аналитической группе относятся катионы Ag⁺, Hg₂²⁺, Рb^2+., соли которых почти все плохо растворимы в воде. Хорошо растворимы лишь нитраты, а также ацетаты свинца и серебра. Все соли в воде подвергаются гидролизу и имеют кислую реакцию среды. Групповой реактив - HCl. При действии HCl выделяются белые аморфные осадки: PbCl₂, Hg₂Cl₂, AgCl. Растворимость этих осадков при 20°С составляет (г/л): PbCl₂ – 9,9; AgCl – 1,5∙10^-3; Hg₂Cl₂ – 3,8∙10^-4. Ввиду большой растворимости хлорида свинца, последний в виде этого соединения выделить нельзя. При малых количествах Pb осаждается со II группой. При большой концентрации элемент находится и в I и во II группах. Повышенная растворимость свинца используется в ходе анализа катионов I группы. Ионы Ag⁺, Hg₂²⁺, Рb²⁺ способны образовывать комплексные соединения.

Реакции ионов серебра

1. Реакция с хлороводородной кислотой и ее солями.

Хлорид–ионы осаждают из водных растворов солей серебра белый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной и серной кислотах:

AgNO₃ + НCl = AgCl↓ + NaNO₃ .

Хлорид серебра чернеет на свету вследствие разложения и выделения металлического серебра.

Осадок AgCl растворяется в концентрированных HCl, NH₄OH, Na₂S₂O₃, KCN с образованием комплексных соединений. Например, в избытке раствора аммиака образуется бесцветный хлорид диамминсеребра:

AgCl + 2NH₄ОН = [Ag(NH₃)₂]Cl + 2Н₂О.

При действии азотной кислоты на полученное комплексное соединение выпадает осадок AgCl:

[Ag(NH₃)₂]Cl + 2HNO₃ = AgCl↓ + 2NH₄NO₃.

Хлорид серебра растворяется не только в растворе аммиака, но и в растворе карбоната аммония, так как в результате кислотно-основных равновесий последний содержит достаточное количество аммиака:

NH₄⁺+ H₂O = NH₃ + H₃O⁺;

AgCl + NH₃ = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^–.

Выполнение реакции. В пробирку вносят 2-3 капли раствора, содержащего ионы серебра, добавляют 1-2 капли 2М раствора HNO₃ и 2-3 капли 2M раствора HCl. Образовавшийся белый аморфный осадок центрифугируют, сливают раствор, а к осадку добавляют 3-4 капли концентрированного раствора аммиака. К получившемуся раствору добавляют HNO₃ до рН 1-2 и вновь наблюдают выделение белого осадка.