3.5.6. Шестая группа катионов
К VI аналитической группе катионов относятся NH4+, Na+ и K+. Соли, образованные катионами натрия и калия и анионами сильных минеральных кислот, хорошо растворимы в воде, не подвергаются гидролизу и имеют нейтральную реакцию среды. Соли слабых кислот подвергаются гидролизу по аниону, и поэтому растворы этих солей (сульфидов, карбонатов и др.) имеют щелочную среду. Соли аммония подвергаются гидролизу по катиону, образуя гидратированный протон и аммиак, вследствие чего их растворы имеют кислую реакцию.
Поскольку большинство солей катионов VI группы хорошо растворимо в воде, то этим и объясняется отсутствие группового реактива. Кроме того, катионы VI группы не осаждаются реактивами I-IV аналитических групп.
При систематическом ходе анализа, после отделения катионов I-V групп, катионы VI остаются в растворе, их анализируют дробным методом.
Летучие соли щелочных металлов окрашивают пламя горелки. Это объясняется их восстановлением в пламени до нейтральных атомов, малым потенциалом ионизации s1-электрона и его способностью легко возбуждаться и переходить на возбужденные уровни. При обратном переходе электрон испускает квант света определенной длины волны. Пламя окрашивается в характерный цвет: в случае Na+ – в желтый, К+ – фиолетовый, Li+ – карминово-красный. Проба окрашивания пламени является одним из наиболее употребительных методов обнаружения соединений щелочных металлов.
Реакции ионов калия
1. Гексанитрокобальтат (III) натрия в слабокислой среде (pH 4–6) выделяет из растворов солей калия кристаллический желтый осадок:
2КCl + Na3[Co(NO2)6] = К2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaCl.
Осадок заметно растворим в воде (S = 1,5∙10-3 М) и склонен к образованию пересыщенных растворов. Поэтому для полноты осаждения необходим значительный избыток реагента и энергичное перемешивание раствора для ускорения образования осадка. Гексанитрокобальтат калия-натрия нерастворим в уксусной кислоте и горячей воде, но растворяется в сильных кислотах (образование нестойкой Н3[Co(NO2)6]; в щелочах разлагается с выделением Co(OH)3 бурого цвета:
Na3[Co(NO2)6] + 3NaOH = Со(ОН)3↓ + 6NaNO2.
Предел обнаружения калия – 20 мкг. Его можно понизить до 4 мкг при выполнении реакции капельным методом. Мешают ионы аммония, т.к. образуют аналогичный желтый осадок, иодиды из-за их окисления нитритом до I2, окислители, так как они разрушают реагент.
В растворенном состоянии реагент Na3[Co(NO2)6] быстро разлагается, поэтому его готовят непосредственно перед выполнением реакции, сохраняя раствор не более одного дня.
Выполнение реакции. В пробирку к 2-3 каплям раствора, содержащего ионы калия, добавляют равный объем свежеприготовленного раствора реагента и взбалтывают стеклянной палочкой до появления желтого кристаллического осадка (можно слегка нагреть на водяной бане). Если раствор кислый, необходимо добавить CH3COONa до рН 4-5.
2. Гексанитрокупрат (II) натрия-свинца (микрокристаллоскопическая реакция). При действии Na2Pb[Cu(NO2)6] на нейтральный раствор, содержащий ионы калия, образуются черные или коричневые кубические кристаллы гексанитрокупрата (II) калия-свинца (рис. 3):
2КCl + Na2Pb[Cu(NO2)6] = K2Pb[Cu(NO2)6]↓ + 2NaCl.
Предел обнаружения калия – 0,15 мкг.
В
Рис. 3.
Кристаллы K2Pb[Cu(NO2)6]
3. Окрашивание пламени. Летучие соли калия окрашивают пламя горелки в бледно-фиолетовый цвет.