Лабораторная работа

Реактивы:

1. Растворы солей нитратов или хлоридов натрия, калия и аммония.

2. Специальные реактивы:

• Насыщенный раствор гексагидроксостибат (У) калия в насыщенном растворе хлорида калия.

• Свежеприготовленный раствор гексанитрокобальтата (III) натрия.

• Раствор гексанитрокупрата (II) натрия и свинца. - Реактив Несслера: K₂ [HgI₄] + КОН.

3. Этанол.

4. 0,1 % спиртовой раствор фенолфталеина

5. Сухие соли натрия, калия, аммония.

6. Индикаторная бумага - красная лакмусовая или универсальная лакмусовая.

Реакции катионов I аналитической группы.

К первой аналитической группе относятся катионы Na ⁺, K⁺, NH₄⁺.

Калий и натрий входят в первую группу периодической системы Д.И. Менделеева и обладают ярко выраженными металлическими свойствами. Их ионы имеют законченные восьми электронные оболочки. Большинство солей калия, натрия и аммония и их гидроксиды хорошо растворимы в воде. В отличие от солей калия и натрия соли аммония разлагаются при нагревании. Это свойство солей аммония используется для удаления NH₄⁺. Группового реагента, осаждающего все три катиона данной группы нет. Поэтому катионы I аналитической группы группового реагента не имеют. Летучие соли натрия, калия окрашивают пламя спиртовки. При выполнении аналитических реакций обращают внимание:

1. На наблюдаемый эффект: выпадение осадка, его цвет, характер, выделение газа, окрашивание раствора.

2. На условия проведения реакции: кислотность среды, нагревание, добавление органического реагента и т.д.

3. На свойства выделяющихся осадков: растворимость их в растворах кислот, щелочей и т.д. На мешающие катионы в условиях обнаружения;

4. На чувствительность реакции.

Аналитические реакции катиона Na⁺.

1. Реаккция с гексагидроксостибатом (V) калия.

Гексагидроксостибат (V) калия K[Sb(OH)₆] с катионами натрия в нейтральной среде дает белый кристаллический осадок Na[Sb(OH)₆].

Na⁺ + [Sb(OH)₆]^- → Na[Sb(OH)₆]

Ионы аммония мешают проведению реакции. Нитрат-ионы замедляют процесс кристаллизации. Реакция малочувствительна и удается с большой концентрацией ионов натрия. В сильнокислой среде выделяется белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты HSBO₃. В щелочной среде осадок Na[Sb(OH)₆] растворяется с образованием Na₃SbO₄.

Методика: 5 – 6 капель раствора соли натрия помещают в пробирку, прибавляют 5 – 6 капель раствора гексагидроксостибата (V) калия и потриают стенки пробирки стеклянной палочкой. Выпадает белый кристаллический осадок гексагидроксостибата (V) натрия.

2. Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом (ФАРМАКОПЕЙНАЯ).

Ионы натрия в уксуснокислой среде с цинкуранилацетатом Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ дают желтый кристаллический осдаок NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉ · 9H₂O. Осадок не растворим в уксусной кислоте:

Na⁺ + Zn²⁺ + 3UO₂ ²⁺ + 9CH₃COO^- + 9H₂O → NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉·9H₂O

Методика: На предметное стекло капиляром помещают каплю раствора соли натрия, выпаривают раствор над пламенем спиртовки до начала образования белой пленки по краям капли и наносят каплю реагента цинкуранилацетата. Через 1 – 2 мин. наблюдают под микроскопом образование кристаллов тетраэлрической и октаэдрической формы. Большое количество ионов калия маскируют эту реакцию.

3. Окрашивание пламени (ФАРМАКОПЕЙНАЯ).

Летучие соли натрия окрашивают пламя спиртовки в желтый цвет.

Методика: На кончике графитового стержня или нихромовой проволочки вносят в пламя спиртовки несколько кристаллов хлорида натрия. Наблюдают окрашивание пламени в желтый цвет. Реакция высокочувствительная.

Аналитические реакции катиона К⁺.

1. Реакция с гексанитрокобальтатом (Ш) натрия (ФАРМАКОПЕЙНАЯ).

Гексанитрокобальтат (Ш) натрия Na₃[Co(NO₂)₆] с катионами калия в уксуснокислой или нейтральной среде дают желтый осадок комплексной соли гексанитрокобальтат (Ш) натрия-калия:

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- → K₂Na[Co(NO₂)₆]

Методика: В пробирку помещают 2 – 3 капли раствора соли калия и прибавляют такой же объем гексанитрокобальтат (Ш) натрия. Наблюдается выделение желтого мелкокристаллического осадка. Катионы аммония NH₄⁺ образуют такой же осадок.

2. Реакция с гидротартратом натрия (ФАРМАКОПЕЙНАЯ).

Гидротартрат натрия NaHC₄H₄O₆ дает с катионом калия белый кристаллический осадок хорошо растворимый в сильных кислотах, щелочах и при нагревании в воде:

K⁺ + HC₄H₄O₆^- → KHC₄H₄O₆

Методика: В пробирку помещают 6 – 8 капель раствора гидротартрата натрия и потирают стеклянной палочкой о стенки пробирки. Наблюдают образование белого кристаллического осадка.

Испытывают действие кислот и щелочей на осадок. Для этого, взмутив раствор, разделяют его на три пробирки. К первой добавляют 1 – 2 капли сильной щелочи, ко второй – сильной кислоты. В том и другом случае осадок растворяется. К содержимому третьей пробирки прибавляют 2 капли воды очищенной, и перемешивая стеклянной палочкой, нагревают на водяной бане, осадок растворяется. Реакция сравнительно малочувствительна.

На основе проделанных опытов определяют условия обнаружения катиона К⁺ с помощью гидротартрата натрия.

3. Макрокристаллоскопическая реакция с гексанитрокупратом (П) натрия-свинца.

Гексанитрокупрат (П) натрия-свинца Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] с катионами калия образует кубические кристаллы черного или коричневого цвета состава K₂Pb[Cu(NO₂)₆]:

2K⁺ + Pb²⁺ + [Cu(NO₂)₆]^4- → K₂Pb[Cu(NO₂)₆]

Реакции мешают катионы аммония NH₄ ⁺.

Методика: На предметное стекло пипеткой или капиляром помещают каплю раствора соли калия, осторожно выпаривают над пламенем спиртовки до образования белой каемки по краям капли. Стекло охлаждают и рядом помещают каплю реактива. Соединяют обе капли с помощью капиляра. Через 1–2 мин. наблюдают под микроскопом образование черных или коричневых кристаллов кубической формы.

4. Окрашивание пламени (ФАРМАКОПЕЙНАЯ).

Летучие соли калия окрашивают пламя спиртовки в бледно-фиолетовый цвет.

Методика: Платиновую или нихромную проволочку тщательно очищают от следов солей прокаливанием. Для этого смачивают ее в хлороводородной кислоте и прокаливают в пламени спиртовки (до полного исчезновения окраски пламени). Прикасаются раскаленной проволочкой к кристаллам соли калия. Приставшие к проволочке крупинки соли вносят в пламя спиртовки. Бледно-фиолетовое окрашивание пламени свойственно солям калия.

Аналитические реакции катиона аммония (NH₄⁺).

1. Реакция разложения солей аммония щелочами (ФАРМАКОПЕЙНАЯ).

Гидроксид натрия или калия разлагают соли аммония с выделением газообразного аммиака: NH₄ ⁺ + OH^- → NH₃ + H₂O.

Методика: В пробирку помещают 8 – 10 капель раствора соли аммония, добавляют такой же объем раствора щелочи и слегка нагревают на водяной бане. Обращают внимание на запах выделяющегося газа. Выделившиеся пары аммиака изменяют окраску влажной розовой лакмусовой бумаги в синий цвет. Лакмусовую бумагу осторожно держат над раствором, не касаясь стенок пробирки. Вместо лакмусовой бумаги можно использовать бумагу, смоченную раствором фенолфталеина. В этом случае бумага окрашивается в малиновый цвет. Реакция специфична.

2. Реакция с реактивом Несслера.

Реактив Несслера (смесь комплексной соли K₂[HgI₄] и KOH) образует с катионами аммония красно-бурый осадок:

NH₄⁺ + 2[HgI₄]^2- + 4OH^- → [Hg ₂ОNH₂]I↓ + 7I^- + 3H₂O

Реакция высокочувствительна, позволяет открыть малые количества ионов аммония. Проведению реакции мешает присутствие солей тяжелых металлов, образующих осадки с реактивом.

Методика: В пробирку помещают 2 – 3 капли раствора соли аммония. Прибавляют 4 – 6 капель реактива Несслера. Наблюдают выпадение аморфного красно-бурого осадка.

На основании изученных реакций составляют обзорную таблицу реакций катионов 1 аналитической группы:

Аналитические реакции катионов 1 аналитической группы

Реагент	Na+	K+	NH4+
1	2	3	4
K[Sb(OH)6]	Na[Sb(OH)6] Белый осадок	−	−
Zn(UO2)3(CH3COO)8	NaZn(UO2)3(CH3COO)8·H2O Желтый осадок	−	−
Na3[Co(NO2)6]	−	Желтый осадок K2Na[Co(NO2)6]	Желтый осадок
Na2Pb[Cu(NO2)6]	−	K2Pb[Cu(NO2)6] Черный осадок	Черный осадок
KOH или NaOH	−	−	Выделение NH3 при нагревании
K2[HgI4]*KOH	−	−	[OHg2NH2]I Красно-бурый осадок
Окрашивание пламени	Желтое	Бледно-фиолетовое	−
Отношение солей к прокаливанию	Трудно летучи	Трудно летучи	Разлагаются

Как видно из таблицы, катионы аммония мешают обнаружению катионов калия и натрия. Катионы натрия и калия не мешают обнаружению катионов аммония, что учитывают, приступая к анализу смеси катионов 1 аналитической группы.