(Група катіонів, які не мають групового реактиву)

Майже усі солі натрію, калію і амонію, а також їхні гідроксиди розчинні у воді. Тому K⁺, Na⁺ і NH₄⁺ у кислих і лужних розчинах осадів не утворюється і відкриття їх у вигляді осадів повинне виконуватися лише в нейтральних розчинах. Добра розчинність солей K⁺, Na⁺ і NH₄⁺ обумовлює також відсутність для них загальноаналітичних і групових реактивів. Тому, кожен з цих катіонів можна виявити або в присутності двох інших, або ж при видаленні тільки одного з них. Всі солі амонію, на відміну від солей інших металів, в тому числі калію і натрію, при сильному нагріванні в сухому вигляді розкладаються з виділенням газоподібного аміаку. (виняток складає NH₄NO₂, який розкладається з виділенням азоту NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O). Цією властивістю солей амонію користуються для видалення NH₄⁺-іонів з розчинів амонійних солей, а саме: якщо розчин, який містить NH₄⁺ випарити і отриманий при цьому сухий залишок прожарити, то солі амонію, що знаходяться в цьому залишку будуть розкладатися з виділенням NH₃.

Якісні реакції катіону К⁺

I. Винна (виннокам’яна) кислота Н₂С₄Н₄О₆ та кислий виннокислий натрій NaНС₄Н₄О₆ осаджують іони калію з нейтральних розчинів у вигляді дуже дрібних кристалів гідротартрату калію:

Н₂С₄Н₄О₆ + KCl + CH₃COONa = KНС₄Н₄О₆ + NaCl + CH₃COOH;

NaНС₄Н₄О₆ + KCl = KНС₄Н₄О₆ + NaCl.

або НС₄Н₄О₆^- + K⁺ = KНС₄Н₄О₆.

Гідротартрат калію являє собою білу дрібнокристалічну речовину, добре розчинну у мінеральних кислотах і лугах, але малорозчинну у воді і в органічних кислотах (оцтовій, мурашиній та інш.). при розчиненні її в мінеральних кислотах утворюється винна кислота, а в лугах – середня сіль або відповідно подвійна сіль цієї кислоти, які у воді добре розчинні.

KНС₄Н₄О₆ + HCl = Н₂С₄Н₄О₆ + KCl

KНС₄Н₄О₆ + KOH = K₂С₄Н₄О₆ + H₂O

KНС₄Н₄О₆ + NaOH = KNaС₄Н₄О₆ + H₂O

У зв’язку з тим, що при взаємодії іонів К⁺ з винною кислотою утворюється вільна мінеральна кислота і тому створюється кисле середовище розчину, цю реакцію слід проводити у присутності ацетату натрію. Останній, взаємодіючи з утворюваною в ході реакції мінеральною кислотою, нейтралізує її і тим самим складає оцтовокисле середовище, в якій осад KНС₄Н₄О₆ нерозчинний:

Н₂С₄Н₄О₆ + KCl = KНС₄Н₄О₆ + HCl,

НCl + CH₃COONa = NaCl + CH₃COOH.

Таким чином, при відкритті іонів К⁺ кислим виннокислим натрієм або винною кислотою необхідно реакцію проводити при охолодженні і в нейтральному середовищі.

Кислу реакцію середовища нейтралізують їдким натром (за лакмусом), а лужну – кислотою (краще оцтовою).

Із дуже розведених розчинів солей калію осад KНС₄Н₄О₆ не утворюється. Тому при відкритті іонів калію цією реакцією із таких розчинів їх попередньо концентрують випаровуванням. Необхідно також знати, що для утворення кристалів KНС₄Н₄О₆ потрібні центри кристалізації; самовільна ж кристалізація цієї солі проходить з ускладненнями, завдяки чому доволі часто навіть із концентрованих розчинів випадіння осаду KНС₄Н₄О₆ не спостерігається. Тому для прискорення цього процесу необхідно занурити в рідину скляну паличку і злегка потерти нею об стінки пробірки. Це викликає механічний відрив від палички і стінок частинок скла, які і служать початковими центрами кристалізації гідротартрату калію. Крім катіонів К⁺ з Н₂С₄Н₄О₆ і NaНС₄Н₄О₆, цілком однакові за зовнішнім виглядом осади утворюються з катіонами NH₄⁺.

NaHC₄H₄O₆ + NH₄Cl = NH₄HC₄H₄O₆ + NaCl

З цими реактивами аналогічні осади утворюються більшість катіонів двохвалентних металів (Ba²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺ та інш.) і майже всі катіони трьохвалентних металів. Тому, відкриття катіонів К⁺ цією реакцією можна виконувати тільки за умови відсутності в аналізованому розчині амонію і більшості двох- і трьохзарядних катіонів.

II. Кобальтонітрит натрію Na₃[Co(NO₂)₆] з катіонами калію утворює жовтий кристалічний осад подвійної комплексної солі кобальтинітриту калію-натрію:

Na₃[Co(NO₂)₆] + 2KCl = K₂Na[Co(NO₂)₆] + 2NaCl

Осад K₂Na[Co(NO₂)₆] в слабких кислотах нерозчинний. Тому вказану реакцію при відкритті іонів К⁺ можна проводити і в слабкокислому середовищі. Однак в лужному середовищі відкриття катіонів калію цією реакцією проводити не можна, так як кобальтинітрит натрію з лугами також вступає у хімічну взаємодію з утворенням темно-бурого осаду гідроксиду кобальта:

Na₃[Co(NO₂)₆] + 3NaOH = Co(OH)₃ + 6NaNO₂.

Іони NH₄⁺ з кобальтонітритом натрію також утворюють жовтий осад, аналогічний кобальтонітриту калію-натрію.

Na₃[Co(NO₂)₆] + 2NH₄Cl = (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆] + 2NaCl.

З інших катіонів з цим реактивом утворюють осади тільки наступні катіони: Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺, Sn²⁺, Bi³⁺, Fe²⁺.

Відповідно, при відсутності в аналізованому розчині перерахованих вище катіонів, кобальтинітрит натрію може бути використаний як специфічний реактив на катіони калію.

III. Забарвлення полум’я. Якщо вушко платинового дроту змочити розчином солі калію і внести в полум’я пальника, то полум’я забарвиться в фіолетовий колір. Перед дослідом дріт повинен бути добре прожарений і не повинен змінювати забарвлення полум’я. Відкриття калію в присутності солей натрію цим способом виконувати не можна, тому що останній дає жовте забарвлення полум’я, яке маскує фіолетове забарвлення. Якщо ж полум’я пальника розглядати через синє скло або через розчин фіолетових чорнил, то синє скло і чорнила поглинаючи жовті промені, дають можливість чітке спостереження фіолетового забарвлення полум’я, яке утворюють солі калію.

Солі багатьох інших металів і в особливості купрума, стронцію і хрому також заважають відкриттю калію на полум’ї пальника.

Якісні реакції катіону Nа⁺

I. Дигідроантимонат калію KH₂SbO₄ з катіонами натрію в нейтральному і слабко лужному розчинах утворює білий кристалічний осад NaH₂SbO₄:

NaCl + KH₂SbO₄ = KCl + NaH₂SbO₄

В розведених лугах цей осад не розчиняється, а з мінеральними кислотами вступає у хімічну взаємодію з утворенням ортосурм’яної кислоти, яка відразу ж розкладається з виділенням ортосурм’яної кислоти у вигляді аморфного осаду:

NaH₂SbO₄ + HCl = NaCl + H₃SbO₄,

H₃SbO₄ = HSbO₃ + H₂O.

Відповідно, в кислому середовищі відкривати катіони натрію дигідроантимонатом калію не можна, тому що в цьому середовищі утворюється, навіть за відсутності іонів натрію:

KH₂SbO₄ + H⁺ = HSbO₃ + K⁺ + H₂O.

Хоча осад, який при цьому утворюється і аморфний, однак за зовнішнім виглядом відрізнити його від кристалічного осаду NaH₂SbO₄ доволі важко. Таким чином, кисле середовище завжди викликає „перевідкриття” катіонів натрію (дигідроантимонатом калію), тому що будь-який кислий розчин, якщо він і не містить ці катіони, буде давати осад.

Катіони всіх аналітичних груп (за винятком Ag⁺, Ni²⁺, Co²⁺) також утворюють осади: або у вигляді відповідної солі сурм’яної кислоти, або ж у вигляді HSbO₃ за рахунок гідролізу їхніх солей і створення тим самим кислого середовища розчину.

Таким чином, при відкритті катіонів Na⁺ дигідроантимонатом калію повинні дотримуватись певні умови: розчин повинен бути нейтральним або слабко лужним, але ні в якому випадку не кислим; в ньому повинні бути відсутні всі інші катіони (за виключенням NH₄⁺, Ag⁺, Ni²⁺, Co²⁺); концентрація катіонів Na⁺ повинна бути достатньо високою; проводити цю реакцію слід при охолодженні.

II. Забарвлення полум’я пальника. Якщо платинову проволоку, змочену розчином солі натрію, внести у полум’я пальника, то полум’я при цьому має інтенсивно жовте забарвлення. Наявність в розчині інших катіонів і особливо стронцію, калію, купру му, барію, хрому заважає відкриттю натрію цим способом, тому що вони також дають забарвлене полум’я пальника: калій – фіолетове, стронцій – карміново-червоне, кальцій – цеглисто-червоне, купрум – лазурно-синє.

Якісні реакції катіону NH₄⁺

Для відкриття катіонів амонію загальновживаними є дві реакції: а) виділеня газоподібного амоніаку і б) утворення погано розчинної солі йодистого димеркурамонію [HgONH₂]I.

I. Їдкі луги NaOH і KOH взаємодіють з солями амонію з утворенням гідроксиду амонію, який при нагріванні легко розкладається з виділенням газоподібного амоніаку:

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₄OH (на холоду)

NH₄OH = NH₃ + H₂O (при нагріванні)

Амоніак, що при цьому виділяється можна розрізнити за запахом. Найбільш надійними способами розрізнення амоніаку, які дають можливість відкривати навіть його сліди, є наступними:

а) почорніння папірця, змоченого Hg₂(NO₃)₂, завдяки виділенню металічного Гідраргіруму

4NH₃ + 2Hg₂(NO₃)₂ + H₂O = [OHg₂NH₂]NO₃ + 2Hg + 3NH₄NO₃.

б) поява білого „диму” навкруги скляної палички, змоченої концентрованою соляною кислотою, яка обумовлена утворенням дрібних кристалів NH₄Cl:

NH₃ + HCl = NH₄Cl

в) зміна кольору червоного лакмусового папірця на синій, яка обумовлена лужними властивостями NH₄OH, що утворюється на папері:

NH₃ + H₂O = NH₄OH

Виконання реакції. До 3-5 крапель досліджуваного розчину в пробірку додають 3-5 крапель 2н розчину NaOH. Зверху на пробірку вміщують червоний лакмусовий папірець, змочений водою, або смужку фільтрувального паперу, змоченого нітратом ртуті (1) і нагрівають пробірку. В присутності іонів амонію лакмусовий папірець синіє, а фільтрувальний – чорніє. Якщо ж піднести до отвору пробірки скляну паличку, змочену концентрованою соляною кислотою, то з’явиться білий „дім”.

II. Лужний розчин тетрайодомеркурат калію K₂[HgI₄] (реактив Несслера) при додаванні до розчину солей амонію утворює червоно-бурий аморфний осад йодистого димеркурамонію NH₂Hg₂I₃:

NH₃ + 2K₂[HgI₄] + KOH = NH₂Hg₂I₃ + 5KI + H₂O

NH₄Cl + 2K₂[HgI₄] + 2 KOH = NH₂Hg₂I₃ + 5KI + KCl + H₂O

„Сліди” іонів NH₄⁺ замість осаду викликає жовте забарвлення розчину. Катіони K⁺ та Na⁺ не заважають відкриттю NH₄⁺ реактивом Несслера. В присутності катіонів інших груп відкривати NH₄⁺ цим реактивом не можна, тому що всі вони з останнім утворюють осади (гідроксиди), із-за наявності в реактиві Несслера лугу.

З таблиці 1 видно, реактив Неслера утворює осад лише з катіонами NH₄⁺. Катіони Na⁺ і К⁺ не заважають утворенню цього осаду. Ці ж катіони не заважають відкриттю NH₄⁺ і реакцією нагрівання розчину з лугами. Із цієї ж таблиці витікає, що дигідроантимонат калію, а також ураніл-ацетат, в нейтральному або слабо лужному середовищі утворюють осади лише з катіонами натрію, а з катіонами NH₄⁺ і К⁺ осаду не утворюють. Відповідно, катіони NH₄⁺ і Na⁺ можна відкривати в окремих пробах аналізованого розчину в присутності інших двох катіонів, тобто катіони NH₄⁺ можна відкривати без видалення з розчину К⁺ та Na⁺, а катіони Na⁺ без видалення - NH₄⁺ і К⁺. Катіони ж К⁺ можна виявляти лише за відсутності катіонів NH₄⁺. Відповідно, якщо у досліджуваному розчині виявлені іони NH₄⁺, їх перед відкриттям іонів К⁺ необхідно з розчину видалити.

Таблиця 1