2. Реакція забарвлення полум’я.

Дослід: леткі солі натрію забарвлюють полум’я в яскраво-жовтий колір. Реакція забарвлення дуже чутлива, тому про наявність натрію можна робити висновок, якщо забарвлення не зникає протягом 10-15 секунд.

Реакції катіона NH₄⁺

1. Їдкі луги NaOH, KOH виділяють з розчинів солей амонію при нагріванні газоподібний аміак:

NH₄Cl + NaOH = NH₃ + NaCl + H₂O,

NH₄⁺ + OH^- = NH₃ + H₂O.

Дослід: до 2-3 краплин розчину солі амонію додайте 3-4 краплини їдкого лугу і нагрійте. Зверніть увагу на запах газу, що виділяється при цьому. Аміак можна виявити не тільки за запахом, а й за допомогою вологого індикаторного папірця.

Умови виконання реакції:

• реакцію слід виконувати при рН>9;

• розчин необхідно нагріти;

• вологий індикаторний папірець необхідно держати так, щоб він не торкався стінок пробірки.

2. Реактив Несслера, що являє собою суміш комплексної солі K₂[HgI₄] з КОН, утворює з розчинами солей амонію характерний червоно-бурий осад:

NH₄Cl + 2 K₂[HgI₄] + 4 KOH = [Hg₂ONH₂]I + KCl + 7 KI + 3 H₂O,

NH₄⁺ + 2 [HgI₄]²⁺ + 4 OH^- = [Hg₂ONH₂]I + 7 I^- + 3 H₂O.

Дослід: візьміть 1 краплину розчину NH₄Cl, розбавте його до половини пробірки водою, після чого долийте 1-2 краплини реактиву Несслера.

Умови виконання реакції:

• реактив Несслера повинен бути взятий у надлишку порівняно з кількістю наявної солі амонію, тому що в надлишку останньої осад розчинний.

• визначенню NH₄⁺ заважають йони, що утворюють з лугом забарвлені та нерозчинні у воді гідроксиди, а також Sb³⁺, Sn²⁺,Hg²⁺, які при взаємодії з йодид-іоном руйнують реактив.

Хід аналізу суміші катіонів першої групи

1. Виявлення NH₄⁺. Аналіз слід починати з виявлення йона амонію, присутність якого заважає відкриттю K⁺ і Na⁺.

Для виявлення NH₄⁺ до окремої порції (1-2 мл) випробовуваного розчину додайте надлишок (3-5 мл) NaOH або KOH і нагрівайте до кипіння. Припинивши нагрівання, обережно понюхайте гази, що виділяються з пробірки, і випробуйте їх змоченим водою індикаторним папірцем (не торкатися останнім стінок пробірки!). З другою порцією випробовуваного розчину можна провести реакцію з реактивом

Несслера. Утворення червоно-бурого осаду підтверджує присутність NH₄⁺.

2. Видалення NH₄⁺. Якщо катіон NH₄⁺ наявний, його потрібно видалити перед виявленням К⁺. Для цього, переливши весь розчин у фарфорову чашку, випарити його до суха, а залишок прожарити до повного припинення виділення білого “диму”. Коли це буде досягнуто, кілька крупинок сухого залишку розчиніть у воді і випробуйте реактивом Несслера. Переконавшись у повноті видалення NH₄⁺ і залишивши трохи сухого залишку для проби на полум'я, решту розчиніть у малій кількості (2-З мл) гарячої води (при великій її кількості розчин буде надто розбавлено, внаслідок чого реакції на К⁺ і Na⁺ можуть бути не якісними).

3. Виявлення К⁺. Випробувавши лакмусовим папером реакцію одержаного розчину, з його окремою порцією (1 мл) провести реакцію на К⁺ з Nа₃[Со(NО₂)₆]; якщо осад відразу не випаде, дайте розчинові постояти. Жовтий осад

K₂Na[Co (NO₂)₆] вказує на наявність К⁺.

4 . Виявлення Na⁺. Взявши 0,5 мл розчину цинкуранілацетату, додайте до нього 2-3 краплини (не більше) досліджуваного нейтрального розчину; стінки пробірки потріть скляною паличкою. Жовтуватий кристалічний осад цинкнатрійуранілацетату вказує на наявність Na⁺.

Друга аналітична група катіонів

Загальна характеристика катіонів ІІ групи.

До катіонів другої аналітичної групи належать Pb²⁺, [Hg₂]²⁺, Ag⁺. Груповий реагент – розведена хлороводнева кислота HCl (c_HCL 0,3 моль/л). Для них характерні стехіометрична валентність І (Ag⁺) і ІІ ([Hg₂]²⁺ та Pb²⁺), ступінь окиснення (+1) (Ag⁺, [Hg₂]²⁺) і (+2) (Pb²⁺) та заряд йонів (1+) (Ag⁺) або (2+) ([Hg₂]²⁺, Pb²⁺).

Реакції і хід аналізу другої аналітичнної групи катіонів

Груповий реагент

Вплив НС1. Розбавлена соляна кислота, а також розчини хлоридів осаджують йони Ag⁺, [Hg₂]²⁺ і Pb²⁺ у вигляді білих осадів AgCl, Hg₂Cl₂ і РЬСІ₂, наприклад:

Ag⁺ + СІ^- = AgCl ,

2 Hg²⁺+ 2 Cl^- = Hg₂Cl₂ .

Отримайте усі три хлориди та вивчіть їх властивості.

а) Осад AgCl при збовтуванні вмісту пробірки збирається у білі сирнисті пластівці. На світлі він стає фіолетовим або навіть чорніє (розклад). У розбавлених кислотах (HNO₃, H₂SO₄) хлорид срібла, як сіль, утворена сильною кислотою, не розчиняється. Легко розчиняється він у NH₄OH унаслідок утворення йонами Ag⁺ (що їх віддає в розчин осад) комплексних йонів [Ag(NH₃)₂]⁺:

AgCl + 2 NH₄OH [Ag (NН₃)₂]СІ + 2 Н₂О.

Якщо на одержаний розчин [Ag(NH₃)₂]СІ подіяти будь-якою кислотою, наприклад НNО₃, то введені з нею йони водню з’єднуватимуться з молекулами NH₃ у ще міцніший комплекс NH₄⁺ і рівновага дисоціації [Ag(NН)з)₂]⁺:

[Ag(NH₃)₂]⁺ Ag⁺ + 2 NH₃.

порушуватиметься. Наслідком цього буде руйнування вказаного аміачного комплексу срібла і нагромадження в розчині йонів Ag⁺. Але оскільки в розчині наявні також йони С1^-, що утворилися внаслідок дисоціації [Ag(NНз)₂]СІ за першим ступенем, то добуток розчинності AgCl буде перевищений і ця сіль випаде в осад. Загальне рівняння реакції, яка розглядалась:

[Ag (NН₃)₂]СІ + 2 HNO₃ = AgCl + 2 NH₄NO₃.

Вплив NH₄OH використовується в ході аналізу для відокремлення AgCl від Hg₂Cl₂, а вплив НNОз на одержаний розчин [Ag(NH₃)₂]Cl – для виявлення Ag⁺. Для виявлення Ag⁺ можна скористатися ще тим, що Ag⁺ утворює з йоном J^- дуже важко розчинну сіль AgJ, добуток розчинності якої (ДР = 1,5 • 10^-16) незрівнянно менший, ніж константа нестійкості комплексу [Ag(NH₃)₂]⁺ (Кнест. = 6,8 • 10^-8). Внаслідок цього, якщо на розчин [Ag(NH₃)₂]Cl подіяти KJ, то концентрація йонів Ag⁺ в розчині буде достатньою для перевищення добутку розчинності AgJ, який і випадає в осад. Реакція протікає за рівнянням:

[Ag(NН₃)₂]СІ + KJ + 2 H₂O = AgJ + KCl + 2 NH₄OH,

[Ag(NН₃)₂]⁺ + J^- + 2 H₂O = AgJ + 2 NH₄OH.

Осад AgJ – жовтого кольору. У надлишку KJ він може розчинитись внаслідок утворення комплексної солі K[AgJ₂].

Подібні ж комплекси йон Ag⁺ утворює і з йонами СІ^- як адендами. Тому в досить концентрованих розчинах НС1 і хлоридів AgCl помітно розчинний. Реакція, що відбувається при діянні надлишку НС1, відповідає рівнянню:

AgCl + НС1 = Н[AgCI₂].

б) Осад Hg₂Cl₂ – білого кольору. На відміну від AgCl він не розчиняється, а чорніє при дії NH₄OH. У цьому випадку спочатку утворюється амідна сполука одновалентної ртуті:

Hg₂Cl₂ + 2 NH₄OH = [NH₂Hg₂]СІ + NH₄Cl + 2 Н₂O.

Ця речовина за складом відповідає NH₄Cl, в якому два атоми водню заміщені двома атомами одновалентної ртуті. Проте вона нестійка і в міру утворення зараз же розпадається за рівнянням:

[NH₂Hg₂]СІ = [NH₂Hg]СІ + Hg.

Тонкоподрібнена металічна ртуть, що утворюється при реакції, – чорного кольору, чим і зумовлене почорніння осаду.

Це найважливіша реакція йона Hg²⁺, яку ми використовуватимемо для його виявлення.

в) Осад РЬСІ₂ – теж білого кольору. Він розчинний у гарячій воді (випробуйте!). Цим користуються для відокремлення його від AgCl і Hg₂Cl₂. Досить значна також розчинність РЬСІ₂ і в холодній воді (11 г/л при кімнатній температурі). Внаслідок цього йони РЬ²⁺ осаджуються НС1 неповно.

Реакції катіона Ag⁺

У водних розчинах йон Ag⁺ безбарвний.

1. Їдкі луги NaOH і КОН дають з йоном Ag⁺ бурий осад Ag₂O, який утворюється внаслідок розпаду нестійкого гідроокису срібла, що утворюється в перший момент:

2 AgNO₃ + 2 NaOH = 2 AgOH + 2 NaNO₃,

2 AgOH = Ag₂O + H₂O.

Осад розчинний в NH₄OH з утворенням комплексної аміачної сполуки срібла:

Ag₂O + 4 NH₄OH = 2 [Ag(NH₃)₂]OH + З Н₂O.

При додаванні NH₄OH до розчинів солей срібла може також випасти осад Ag₂O, який одразу розчиняється у надлишку реактиву.

2. Хромат калію K₂CrO₄ утворює з йоном Ag⁺ цегляно-червоного кольору осад Ag₂CrO₄:

2 Ag⁺ + CrO₄^2- = Ag₂CrO₄ .

Осад розчиняється в НNО₃ і в NH₄OH, але дуже важко розчиняється в СН₃СООH.

Дослід: до 2-3 краплин розчину нітрату срібла додайте 3-4 краплі дистильованої води та 1-2 краплі хромату калію. Перевірте розчинність осаду в HNO₃, NH₄OH, CH₃COOH.

Умови виконання реакції:

• реакцію слід проводити при рН =6,5-7,5;

• йони свинцю, барію та інши,.що утворюють з CrO₄^2- осад, заважають проведенню реакції.

4. Розчини бромідів і йодидів (іони Вг^- і J^-) утворюють з йоном Ag⁺ блідо жовтуватий осад AgBr і жовтий AgJ:

KBr + AgNO₃ = AgBr + KNO₃,

Ag⁺ + Br^- = AgBr ,

KJ + AgNO₃ = AgJ + KNO₃,

Ag⁺ + J^- = AgJ .

Реакції катіона РЬ²⁺

У водних розчинах йон РЬ²⁺ безбарвний.

1. Луги NaOH, KOH і NH₄OH утворюють білий осад РЬ(ОН)₂, який розчиняється у кислотах і в сильних лугах:

Pb(NO₃)₂ + 2 NaOH = 2 NaNO₃ + Pb(OH)₂ (інакше H₂PbO₂),

H₂PbO₂ + 2 NaOH = Na₂PbO₂ + 2 H₂O.

Na₂PbO₂ – плюмбіт натрію. В аміаку осад РЬ(ОН)₂ не розчиняється.

2. Сірчана кислота і розчинні сульфати осаджують йон РЬ²⁺ у вигляді білого осаду PbS0₄:

Pb²⁺ + SO₄^2- = PbSO₄ .

Осад розчиняється при нагріванні у розчинах їдких лугів внаслідок утворення плюмбітів, наприклад:

PbSO₄ + 4 КОН = К₂PbO₂ + K₂SO₄ + 2 Н₂O.

PbSO₄ також розчиняється при нагріванні у концентрованому (30%) розчині CH₃COONH₄, мабуть, внаслідок утворення йона РЬ(СН₃СОО)⁺, порівняно слабкодисоційованого через наявність у розчині надлишку йонів СН₃СОО^-.

Кислоти НС1 і НNO₃ теж значно підвищують розчинність PbS0₄. Це відбувається внаслідок зв'язування йонів S0₄^2- (віддаваних сульфатом свинцю в розчин) йонами Н⁺ з утворенням аніона HSO₄^-, ступінь дисоціації якого знижений у результаті наявності надлишку йонів водню:

PbSO₄ Pb²⁺ + SO₄^2-,

HNO₃ NO₃^- + H⁺,

H⁺ + SO₄ HSO₄^-.

У молекулярній формі рівняння цієї реакції має вигляд:

2 PbSO₄+ 2 НNОз = Pb(HS0₄)₂+ Рb(NОз)₂.

Із сказаного випливає, що для повного відокремлення йона РЬ²⁺ у вигляді PbS0₄ потрібне видалення з розчину вказаних кислот.

3. Хромат калію К₂CrO₄ i біхромат калію К₂Cr₂O₇ утворюють дуже мало розчинний хромат свинцю жовтого кольору:

РЬ²⁺ + СrO₄^2- = PbCrO₄ ,

2 Pb²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O = 2 PbCrO₄ + 2 H⁺.

Осад легко розчиняється у розчинах їдких лугів і важко розчиняється у розбавленій азотній кислоті. В аміаку і оцтовій кислоті він практично нерозчинний. Ця реакція – одна з найбільш важливих реакцій йона РЬ²⁺.

4. Йодид калію KJ утворює з йоном РЬ²⁺ жовтий осад PbJ₂:

Pb²⁺ + 2 J^- = PbJ₂ .

Дослід: до 3-5 краплин досліджуваного розчину додають 2-3 краплини розчину KJ. До утвореного осаду, додайте в пробірку 2 краплі води і 2 н розчину СН₃СООH, нагрійте; при цьому осад розчиняється. Після охолодження (зануренням пробірки в холодну воду) PbJ₂ знову випадає, але вже у вигляді блискучих золотистих кристаликів. Ця характерна для РЬ²⁺ реакція є водночас однією з найбільш гарних аналітичних реакцій.

5. Дитизон з йонами Pb²⁺ у нейтральних і слабко лужних розчинах утворює внутрішньокомплексну сполуку червоного кольору, яка не розчиняється у воді, але розчиняється в хлороформі та інших органічних розчинниках.

Дослід: у пробірку вміщують 1 мл нейтрального або слабколужного досліджуваного розчину і додають кілька краплин свіжоприготовленого реактиву (0,05 %-ий розчин дитизону в хлороформі або чотирихлористому вуглецю). Суміш збовтують протягом 30 с. У присутності свинцю зелене забарвлення реактиву переходить у червоне (забарвлення дитизонату свинцю). Цій реакції заважають важкі метали.