3.2. Индивидуальные реакции катионов аналитических групп 1–3

С учётом цвета осадков, приведённых выше в таблице 3, нам остаётся распознать только те катионы, которые образуют чёрные сульфиды:

группа 2: Bi³⁺, Pb²⁺, Cu²⁺;

группа 3: Fe³⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

Некоторые из них можно было различить уже по цвету исходных гидратированных катионов в растворе: Cu²⁺ голубой, Co²⁺ розовый, Bi³⁺ и Pb²⁺ бесцветные, Fe³⁺ бесцветный, жёлтый или бурый в зависимости от окружения, Fe²⁺ светло-зелёный, Ni²⁺ зелёный. Но это, как видим, не вполне однозначно, а в сильно разбавленных растворах окраска вообще слабо заметна, поэтому нужны дополнительные методы, например, следующие.

– Сравнение поведения в присутствии ионов иодида

К растворам солей группы 2 добавляем сперва очень небольшое количество, затем избыток раствора иодида калия.

Bi³⁺: чёрный осадок BiI₃, который растворяется при избытке иодида с образованием анионов BiI₆^3–.

Pb²⁺: ярко-жёлтый осадок PbI₂, который не растворяется в избытке иодида.

Cu²⁺: белый осадок CuI с одновременным выделением иода в виде жёлтого раствора или (при большой концентрации) тёмных кристаллов, что мешает наблюдать цвет осадка. В избытке иодида CuI практически не растворяется.

Напишите уравнения всех проведённых реакций.

– Сравнение поведения в присутствии аммиака

К растворам солей группы 3 добавляем сперва очень небольшое количество, затем избыток раствора аммиака. Во всех случаях сперва выпадает осадок гидроксида (n =2 или 3 – степень окисления):

Mⁿ⁺ + nNH₃ + nH₂O → M(OH)_n↓ + nNH₄⁺.

Он зелёный в случае никеля, розовый или голубой в случае кобальта, бурый в случае железа (3+) и светло-зелёный, быстро темнеющий из-за окисления, в случае железа (2+). При избытке аммиака гидроксиды железа не растворяются, а гидроксиды кобальта и никеля переходят в раствор в виде комплексов с аммиаком: синего в случае Ni и бурого, меняющего цвет в результате окисления воздухом, в случае Co:

M(OH)₂ + 2NH₄⁺ +4NH₃ → [M(NH₃)₆]²⁺ + 2H₂O.

Кстати, подобным образом ведут себя и катионы меди из другой аналитической группы (образуя интенсивно синий комплекс).

Кроме того, существуют и строго специфические реакции. Например, Fe³⁺ обнаруживают по образованию интенсивно красного растворимого комплекса Fe(SCN)_x^3–x (x=1–2) при добавлении раствора, содержащего роданид-ионы SCN^–. Ni²⁺ обнаруживается по образованию ярко-алого осадка с диметилглиоксимом в аммиачном растворе: [Ni(NH₃)₆]²⁺ + 2C₄H₈O₂N₂ → Ni(C₄H₇O₂N₂)₂↓ + 4NH₃ + 2NH₄⁺.

3.3. Индивидуальные признаки катионов 4-й и 5-й аналитических групп

Многие катионы групп 4 и 5 можно распознать по окраске пламени их летучими соединениями (лучше всего – хлоридами): Na – жёлтый, Li и Sr – ярко-красные, Ba – зелёный (однако похожую окраску дают также медь и бор), Ca – оранжевый, K – розово-фиолетовый.

Но для эффективного распознавания исходное пламя должно быть, по возможности, бесцветным, что на спиртовке вообще труднодостижимо. Ну, а если на фитиль спиртовки попала соль натрия, то пламя в любом случае будет жёлтым. Самую слабую окраску, легко заглушаемую другими элементами, дают калий и барий.

Для проведения опыта возьмите чистую (не окрашивающую пламя) платиновую или нихромовую проволочку с петлёй на конце. Если она окрашивает пламя, сполосните её в стаканчике с соляной кислотой. Возьмите в петлю каплю исследуемого раствора хлорида (повыше концентрацией; ещё лучше – сухой соли) и внесите в пламя. Если соль мало летучая (например, сульфат), рекомендуется предварительно смочить её концентрированной соляной кислотой. Отметьте в тетради, какие окраски наблюдались уверенно, а какие не удалось реально заметить.

Чтобы различить три катиона 4-й аналитической группы, можно использовать тот факт, что растворимость их сульфатов в ряду Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ уменьшается. В насыщенном растворе CaSO₄ мало ионов SO₄^2–, но всё же достаточно, чтобы при введении в него хорошо растворимых солей стронция и бария образовались в виде мути осадки SrSO₄ и BaSO₄. А в насыщенном растворе SrSO₄ ионов сульфата ещё меньше, достаточно только для образования BaSO₄. Поэтому, если катион 4-й группы не даёт помутнения с насыщенным раствором CaSO₄ – это кальций; если даёт помутнение только с насыщенным раствором CaSO₄, но не SrSO₄ – это стронций, а если даёт помутнение с обоими насыщенными растворами – это барий.

Магний не даёт ярко выраженной окраски пламени. Отличить его от других катионов 5-й аналитической группы можно по образованию малорастворимых MgF₂ или MgNH₄PO₄∙6H₂O. Соответственно, к раствору соли магния нужно добавить либо раствор KF, либо растворы аммиака и Na₂HPO₄. С теми же реактивами даёт осадки и катион лития (LiF и Li₃PO₄), но литий легко выявляется по окраске пламени.

Соль аммония можно определить следующими методами.

а) При добавлении щёлочи чувствуется запах аммиака:

NH₄⁺ + OH^– → NH₃↑+ H₂O.

Но аммиак хорошо растворяется в воде, поэтому при малой концентрации запах будет незаметен. Лучше всего использовать концентрированные растворы или даже добавить твёрдую щёлочь и подогреть смесь.

б) Гораздо более чувствительна реакция с реактивом Несслера. Это сильно щелочной раствор, содержащий ионы тетраиодомеркурата [HgI₄]^2–. Выпадает оранжевый осадок:

NH₄⁺ + 4OH^– + 2[HgI₄]^2– → NHg₂I↓ + 4H₂O + 7I^–.

Высокая концентрация ионов аммония может даже помешать проведению этой реакции из-за связывания ионов гидроксила.