Лабораторна робота №8 Рідкісні елементи Загальна характеристика йонів рідкісних елементів

З числа рідкісних елементів у загальному курсі аналітичної хімії передбачено вивчення реакцій на йони титану, цирконію, ванадію, молібдену і вольфраму. Хоча деякі з цих металів можуть знаходитися в розчині у вигляді аніонів, доцільно розглядати їх у розділі методів виявлення катіонів.

Титан у водних розчинах може знаходитись у вигляді катіонів Ti³⁺ фіолетового кольору і безбарвного Ti (IV). Ti³⁺ - сильний відновник, у розчинах нестійкий і швидко окиснюється киснем повітря до титану (IV). Титан (ІV) існує у вигляді Ti⁴⁺(наприклад ТіCl₄) та ТіО₃^2- (Na₂TiO₃ – сіль метатитанової кислоти Н₂ТіО₃). Солі титану (IV) у водних розчинах легко гідролізують з утворенням безбарвного титаніл-іону TiO²⁺:

Ti⁴⁺ + H₂O₂ → TiO²⁺ + 2 H⁺.

Цирконій у водних розчинах має ступінь окислення +4. Унаслідок гідролізу йон Zr⁴⁺ практично повністю перетворюється на безбарвний цирконіл-іон ZrO²⁺:

Zr⁴⁺ + H₂O → ZrO²⁺ + 2 H⁺.

Цирконій, як і титан, за хімічними властивостями можна віднести до складу п’ятої аналітичної групи катіонів. При дії групового реагенту (NH₄ОН) на розчин солі цирконію випадає осад гідроксиду білого кольору

Ванадій може знаходитись у розчинах у вигляді катіонів і аніонів. Катіони V²⁺ фіолетового кольору і V³⁺ зеленого кольору нестійкі. Більш стійкі ступені окислення ванадію +4 і особливо +5. Розчини диванадилу V₂O₂⁴⁺ синього кольору. Найбільш важливими сполуками є солі метаванадієвої кислоти – ванадати (KVO₃, NaVO₃) світло-жовтого кольору. У водних розчинах має місце рівновага:

VO₃^- + H⁺ → VO₂⁺ + OH^-.

Тому в кислому середовищі переважно існує катіонна форма ванадію (V), а в лужному – аніонна.

Молібден у розчинах найбільш стійкий у ступені окислення +6. Поширеними препаратами молібдену є розчинні у воді солі молібденової кислоти – молібдати (K₂MoO₄, Na₂MoO₄, (NH₄)₂MoO₄). У розчинах цих сполук має місце рівновага:

MoO₄³ + 2 H⁺ → MoO₂²⁺ + 2 OH^-,

яка помітно зміщується праворуч лише в сильно кислому середовищі. Крім сполук молібдену (VI), в аналізі мають значення і сполуки молібдену (V).

Вольфрам у розчинах звичайно знаходиться у ступені окислення +6, хоча відомі й менші значення ступенів окислення цього елемента. Найбільш стійкими сполуками вольфраму є нерозчинна вольфрамова кислота та її розчинні у воді солі лужних металів.

Реакції і хід аналізу рідкісних елементів Реакції катіонів Ti (IV), Zr (IV)

1. Реагенти: NaOH, NH₄OH:

Ti⁴⁺ + 4 OH^-  [Ti(OH)₄]

Випадає білий осад. Використовується для відокремлення. Ti від V, Mo і W.

2.Реагенти: Al, Zr, Cd, Sn в соляно-кислому розчині:

3 TiO²⁺ + Al + 6 H⁺  3 Ti³⁺ + Al³⁺ + 3 H₂O.

Розчин забарвлюється у фіолетовий колір.

3. Реагент – H₂O₂ в кислому середовищі:

TiO²⁺ + H₂O₂  [TiOH₂O₂]²⁺.

Розчин забарвлюється в оранжево-жовтий колір. Комплекс руйнується F^—йонами.

4. Реагент – купферон

У кислому середовищі випадає жовтий осад. Ті відокремлюється від Al, Mn, Cu, Fe, Zr, Nb, Ta, Cr та інших йонів.

5. Реагент – хромотропова кислота

Результатом реакції є сполука бурувато-червоного кольору. Йон Fe³⁺ дає з реактивом зелене забарвлення. Тому Fe³⁺ потрібно спочатку усунути відновленням до Fe²⁺ за допомогою SnCl₂.

6. Дія гексаціаноферату калію у кислому середовищі утворює зеленувато-жовтий осад:

2 ZrOCl₂ + K₄[Fe (CN)₆] = (ZrO)₂[Fe (CN)₆] + 4 KCl.