§ 45. Аналіз суміші катіонів і і II аналітичних груп

Попередні досліди. Перед тим як приступити до аналізу суміші катіонів І і II груп, слід звернути увагу на зовнішній вигляд суміші, а також про­вести попередні випробування. Залежно від результатів спостережень за­стосовують той або інший хід аналізу.

Слід з'ясувати, чи містяться в досліджуваній речовині сполуки амонію, карбонати, фосфати або сульфати металів II групи. Випробування проводять в окремих пробах досліджуваної суміші.

Досліджувана суміш може бути у вигляді твердої речовини, розчину з осадом або прозорого розчину. В усіх випадках слід виявити присутність

153

іонів амонію, оскільки для відокремлення катіонів II групи їх добавляють у вигляді карбонату амонію.

Виявляють іони NHf нагріванням розчину досліджуваної речовини з лугом і реактивом Несслера.

Проби на наявність карбонатів, фосфатів і сульфатів металів II групи. 1. При дослідженні твердої речовини її спочатку переводять у розчин. Для цього кілька кристаликів речовини розчиняють у 0,5—1 мл води. Розчинення проби у воді свідчить про відсутність карбонатів, фосфатів і сульфатів катіонів II групи. Далі аналіз проводять, як описано на с. 152.

2. Якщо досліджувана суміш являє собою розчин з осадом і нейтральною реакцією на лакмус, то в пробірку вносять 3—5 краплин розчину із зму- леним у ньому осадом і добавляють 0,5—1,0 мл 2 н. розчину оцтової кислоти. При наявності карбонатів або фосфатів осад розчиняється. Тоді досліджувану суміш підкислюють оцтовою кислотою і проводять аналіз, як описано на с. 152.

Якщо осад при добавлянні оцтової кислоти не зникає, його обробляють розведеною соляною кислотою. Те, що осад не розчиняється в соляній кис­лоті, свідчить про наявність сульфатів металів II групи. У такому випадку досліджувану суміш підкислюють соляною кислотою і відокремлюють осад фільтруванням або центрифугуванням. Фільтрат аналізують, як описано на с. 152. Осад, в якому є сульфати барію і стронцію, досліджують так. Щоб перевести ці сульфати в розчин, їх спочатку перетворюють .у карбонати. Для цього осад переносять у фарфорову чашку, добавляють до нього 3—5 мл насиченого розчину соди Na₂C0₃ і все це кип'ятять протягом 5—8 хв. Дають осаду відстоятися, зливають з нього прозору рідину, заливають осад новим розчином соди і знову кип'ятять. Потім осад відфільтровують або відокрем­люють центрифугуванням і старанно^г промивають його дистильованою водою до повного видалення іонів SO|^_, які перейшли в розчин внаслідок обробки сульфатів розчином соди. Після цього осад обробляють кількома мі* лілітрами 2 н. оцтової кислоти. При цьому карбонати барію і стронцію, що утворились, перейдуть у розчин.

Осад ² відокремлюють, а фільтрат досліджують на присутність іонів Ва²+ і Sr²+ або приєднують до оцтового розчину.

3. При дослідженні суміші катіонів І і II груп у вигляді прозорого роз­ чину треба з'ясувати, чи є в ньому катіони II групи.

Виявлення катіонів II групи. До 3—5 краплин досліджуваного розчину добавляють краплинами NH₄OH до появи запаху, 2—3 краплини розчину NH₄C1 і 5—8 краплин 2 н. розчину (NH₄)₂ C0₃. У присутності катіонів II

¹ Осад треба старанно промити, щоб при обробці його оцтовою кислотою іони S0₄

не перейшли в розчин одночасно з іонами Ва²⁺і Sr²⁺і не утворили з ними відповідні сульфати.

² Слід зауважити, що при дворазовій обробці розчином соди сульфати цілком не пере­ творюються в карбонати, тому при дії оцтовою кислотою не весь осад розчиняється. Проте кількість іонів Ва²+ та Sr²+ буде достатньою для їх виявлення в оцтовокислому розчині.

154

групи утворюється білий осад. Якщо осад не випав, то в розчині можуть бути лише катіони І групи.

Хід аналізу суміші катіонів 1 та 11 аналітичних груп. Якщо попередні випробування показали, що в досліджуваній суміші містяться іони NH*, а також катіони II групи, то аналіз виконують у такій послідовності.

Осадження катіонів II групи. При наявнсегі катіонів II групи їх відо­кремлюють, бо вони заважають аналізу І групи катіонів. Так, іони Ва²+ Sr²+, Са²+ утворюють осади з Na₂HP0₄, NaHC₄H₄O_e І K [Sb (OH)₆], які є реактивами на Mg^J+, K⁺ і Na⁺ відповідно.

При відокремленні катіонів II групи за допомогою групового реактиву (NH₄)₂ C0₃ слід додержувати таких умов.

До досліджуваного розчину добавляють NH₄OH до лужної реакції, роз­чини NH₄C1 і (NH₄)₂C0₃. Суміш, що утворилася, нагрівають до кипіння, дають осаду відстоятись, поки розчин над ним стане прозорим. Саме за цих умов повністю осаджуються катіони II групи карбонатом амонію і ось чому. Карбонат амонію, що є в продажу, містить домішки гідрокарбонату NH₄HC0₃ і карбамінату амонію NH₄OCONH₂. Крім цього, гідрокарбонат амонію утво­рюється внаслідок гідролізу карбонату амонію. Добавлянням аміаку гідро­карбонат амонію перетворюють у карбонат амонію:

NH^ + НССХГ + NH₃ = 2NH+ + CO^2-,

або

NH₄HC0₃ + NH₃ = (NH₄)₂ C0₃.

Розчин NH₄CI добавляють для того, щоб запобігти утворенню осадів гід­роксиду і основних солей магнію.

/ONH₄ При нагріванні карбамінат амонію NH₄OCONH₂, або ОС^ ,

/ОН який є сіллю карбамінової кислоти ОС<^ , перетворюється в карбонат

\NH₂

амонію:

NH₄OCONH₂ + Н₂0 = (NH₄)₂ C0₃.

Крім того, при нагріванні дрібні кристали карбонатів металів II групи переходять у великі кристали, які легше промиваються і відокремлюються фільтруванням або центрифугуванням.

Повне осадження карбонатів металів II групи досягається збовтуванням осаду при нагріванні, а також відстоюванням його під маточним розчином.

Виконання реакції осадження. У пробірку до 2—3 мл досліджуваного розчину добавляють аміаку до лужної реакції (проба на лакмус або поява запаху), 1—2 мл розчину NH₄C1 (або в такій кількості, щоб не утворились осади гідроксиду і основних солей магнію) і 2—3 мл 2 н. розчину (NH₄) ₂C0₃. Суміш при постійному збовтуванні повільно нагрівають до кипіння. Осаду карбонатів лужноземельних металів, що випав, дають відстоятись, поки розчин над осадом стане прозорим або охолоне до кімнатної температури.

155

Випробування на повноту осадження. До прозорого розчину добавляють обережно по стінці пробірки кілька краплин розчину (NH₄)₂C0₃. Якщо ріди­на залишається прозорою (каламуть не з'явиться),— осадження повне. У противному разі добавляють до суміші ще (NH₄) ₂С0₃, нагрівають її і знову перевіряють на повноту осадження.

Відокремлення катіонів II групи від катіонів І групи. Після повного осадження катіонів II групи відокремлюють осад (осад 1) від розчину фільт­руванням або центрифугуванням (розчин 1) і промивають його 1—2 рази водою. Промивні води виливають

Осад 1 може містити ВаС0₃, Розчин 1 містить катіони І

SrC0₃ і СаС0₃. Його досліджують групи, надлишок (NH₄)₂ С0₃ та інші на вміст іонів Ва²+, Sr²+ і Са²+. солі амонію. Розчин 1 досліджують,

як описано на с. 139.

Аналіз розчину. Щоб упевнитися, що в розчині не залишились катіони 11 групи, до нього добавляють 3—4 краплини 2 н. розчину (NH₄)₂ S0₄ і 3—4 краплини 2 н. розчину (NH₄)₂ C₂0₄. Суміш старанно збовтують і нагрівають до кипіння. Якщо при цьому утворився осад, його відокремлюють і вики­дають, а прозору рідину переливають у фарфорову чашку, випарюють роз­чин досуха, а залишок прожарюють до повного видалення солей амонію ^г. У сухому залишку виявляють катіони І групи (с. 139).

Аналіз осаду 1. Спочатку переводять осад карбонатів II групи в розчин. Для цього промитий осад, якщо він на фільтрі, обробляють невеликою кіль­кістю нагрітої 2 н. оцтової кислоти ², підставивши під лійку чисту пробірку (якщо карбонати катіонів II групи відокремлені центрифугуванням, їх роз­чиняють у пробірці, де вони містяться). Розчин, що утворився ³ (розчин 2), досліджують, як описано нижче.

Виявлення барію. До 2—3 краплин розчину 2 добавляють 3—4 краплини розчину К₂Сг0₄ і нагрівають суміш до кипіння. У присутності барію утво­рюється жовтий осад (або каламуть) ВаСЮ₄. При відсутності осаду розчин досліджують на наявність стронцію (див. нижче).

Відокремлення барію. До всього розчину 2 добавляють краплинами 2 н. розчину К₂Сг₂0₇, поки рідина над осадом забарвиться в оранжевий колір *, що свідчить про наявність надлишку реактиву. Суміш нагрівають до кипіння, осад, що випав, відокремлюють центрифугуванням (або фільтруванням) і викидають. Розчин (розчин 3), в якому містяться іони Sr²⁺, Ca²⁺ (або один з них), Сг₂С>7^- і надлишок СН₃СООН, досліджують на вміст Са²+ і Sr²+.

¹ Операція видалення солей амонію потребує багато часу. Його можна використати для проведення аналізу осаду.

² Концентрована кислота заважала б дальшому відокремленню барію (у вигляді хро­ мату) від стронцію.

³ До цього розчину звичайно приєднують також оцтовокислий розчин, добутий при обробці сульфатів.

* У кислому розчині іоии Сг0₄^— переходять в іони Сг₂0?~ оранжевого кольору.

2Сго|- + 2Н+ = сг₂о£- + н₂о:

156

Виявлення стронцію. До 3—4 краплин розчину 3 добавляють таку саму кількість насиченого розчину CaS0₄ і нагрівають. У присутності стронцію через певний час випадає осад або з'являється каламуть SrS0₄. Якщо кала­муті немає, суміші дають постояти 10 хв. Тільки після цього можна робити висновки про відсутність стронцію. В такому разі приступають до виявлення іонів Ся-+.

Якщо при добавлянні гіпсової води каламуть утворилась відразу (без нагрівання), то це свідчить про неповне відокремлення барію. Тоді знов осаджують барій хроматом калію.

Відокремлення стронцію. До розчину добавляють надли­шок розчину (NH₄)₂S0₄i нагрівають протягом 5—10 хв, а потім центрифу­гують. При цьому стронцій осаджується у вигляді SrS0₄, а кальцій зали­шається в розчині (розчин 4).

Наявність стронцію в осаді можна перевірити реакцією забарвлення полум'я. Для цього осад звільняють від домішки CaS0₄, промиваючи його розчином (NH₄)₂ S0₄. Потім SrS0₄ * нагрівають з розчином Na₂C0₃ і утворе­ний при цьому SrC0₃ відокремлюють від рідини, промивають водою і розчи­няють у 2—3 краплинах соляної кислоти. Розчин SrCl₂ досліджують на за­барвлення полум'я. При наявності стронцію полум'я забарвлюється в кар­міново-червоний колір.

Виявлення кальцію. Частину розчину 4 підкислюють оцтовою кислотою і добавляють до нього розчину (NH₄)₂C₂0₄. Випадає білий осадСаС₂0₄, який не розчиняється в СНдСООН, але розчиняється в соляній кислоті, що вказує на присутність кальцію.

Кальцій можна виявити також дією К₄ [Fe(CN)₆]. Для цього до другої частини розчину 4 добавляють NH₄C1, NH₄OH і К₄ IFe (CN)₆). При наявності кальцію випадає білий осад.

Цією реакцією можна виявити кальцій, не відокремлюючи стронцій.

Аналіз при відсутності стронцію. При відсутності стронцію оцтовокис­лий розчин досліджують так. В окремій пробі розчину 2 виявляють барій. Якщо в розчині є барій, його осаджують з усього розчину 2 добавлянням га­рячого розчину (NH₄)₂ S0₄. Осад BaS0₄, який при цьому утворюється, ві­докремлюють і викидають, а розчин досліджують на наявність у ньому каль­цію. Для цього розчин перевіряють на повноту осадження BaS0₄ і потім виявляють у ньому кальцій.

У табл. 4 наведено схему систематичного ходу аналізу суміші катіонів І і II груп при відсутності сульфат-іонів, а також аніонів слабких кислот

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. У чому полягає відмінність II аналітичної групи катіонів від І аналітичної групи?

2. Чому груповим реактивом на другу групу катіонів є (NH₄)₂C0₃, а не Na₂C0₃ або К₂С0₃?

* Осад SrS0₄ можна перетворити у летку сіль SrCl₂ і таким способом. Осад набирають иа платинову дротнику, вносять її в полум'я і тримають, поки осад розплавиться. Потім дротинку змочують соляною кислотою і знову вносять у полум'я. Цю операцію повторюють кілька разів.

157

3. Які умови відокремлення II аналітичної групи катіонів від І аналітичної групи?

4. Чому при відокремленні II аналітичної групи катіонів від І аналітичної групи крім (NH₄)₂C0₃ добавляють NH₄OH, NH₄C1?

5. Чому при виявленні барію дихроматом калію добавляють ацетат натрію?

6. Чому для виявлення стронцію використовують гіпсову воду, а не сульфат амонію?

7. Які іони заважають виявленню стронцію розчином CaS0₄?

8. Які іони заважають виявленню кальцію розчином (NH^QO,,?

9. Яким реактивом можна виявити кальцій у присутності стронцію?

10. Чому після відокремлення II аналітичної групи у вигляді карбонатів їх розчиня­ють в оцтовій кислоті, а не в соляній?

11. Які катіони заважають виявленню магнію у вигляді MgNH₄P0₄?

12. Навіщо після відокремлення II аналітичної групи добавляють до розчину І аналі­тичної групи (NH₄)₂S0₄ і (NH₄)₂C₂0₄?

13. Навіщо відокремлюють II аналітичну групу від І при аналізі суміші цих груп?

14. Навіщо при відокремленні II аналітичної групи від І розчин нагрівають?

15. В який колір забарвлюють полум'я леткі солі стронцію?

16. В який колір забарвлюють полум'я леткі солі барію?

17. Як перетворити сульфат барію в карбонат?

18. В яких кислотах розчиняється оксалат кальцію?

19. Яка сполука випаде в осад, якщо добавити до розчину солі барію розчини (NH₄)₂ S0₄ і К₃СЮ₄ однакової концентрації?

20. Який колір .мають фосфати лужноземельних металів?