3. Разделение катионов и их определение

К полученному осадку, который содержит карбонаты, добавляют ацетатную кислоту до полного растворения осадка. Из этого раствора сначала осаживают ионы Ва²⁺ в виде барий хромата ВаCrO₄ . Для этого к раствору добавляют натрий ацетат (приблизительно такой же объем) и действуют калий дихроматом до полного выделения осадка. Появление желтого осадка при наличии CH₃COONa свидетельствует о наличии ионов Ва²⁺. Если он обнаружен, то проверяют полноту осаждения ионов Ва²⁺ и отделяют осадок от раствора центрифугированием.

К раствору, который содержит ионы Са²⁺ и Sr²⁺, добавляют раствор соды, отделяют осадок и растворяют его в ацетатной кислоте. В отдельной порции раствора определяют ионы Sr²⁺ по реакции 11 с гипсовой водой CaSO₄.

Для выделения катионов Са²⁺ от Sr²⁺ к раствору добавляют аммоний сульфат, который осаждает Стронций в виде сульфата, а в растворе остаются ионы Са²⁺ в виде комплексной соли (NH₄)₂[Са(SO₄)₂]. Ионы Кальция обнаруживают по качественной реакцией 3* с желтой кровяной солью или с помощью реакции 1*с аммоний оксалатом.

Раздел 12 четвертая аналитическая группа катионов

12.1. Общая характеристика группы

К четвертой аналитической группе принадлежат катионы: Zn²⁺, Cr³⁺, А1³⁺, As³⁺, As⁵⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺. Групповым реактивом является раствор натрий гидроксида NaOH, который осаждает все перечисленные катионы в виде гидроксидов, которые имеют амфотерные свойства, т.е. растворяются в кислотах и в избытке щелочи. Учитывая значение этих ионов для медицины и фармацевтического анализа, рассмотрим качественные реакции катионов Цинка и Хрома, а также Алюминия и Арсена (мышьяка).

Катионы Цинка и Хрома(ІІІ) принадлежат к d-элементам, остальные являются р-элементами. Соединения Цинка и Алюминия характеризуются постоянной валентностью (II и III), а соответственно, и степенью окисления. Хром принадлежит к переходным металлам, поэтому обнаруживает разные степени окисления: +2, +3, +6. В связи с этим катионы Zn²⁺ и А1³⁺ легче вступают в реакции комплексообразования, а ионы Хрома — в окислительно-восстановительные реакции, причем ионы с низшей степенью окиснення являются восстановителями, а с высшей — только окислителями.

Оксидам с низшими степенями окисления отвечают основания, с высшими - кислоты, а с промежуточными - и основания, и кислоты. Кислотно-основные свойства соединений Хрома в зависимости от его валентности приведены в табл. 12.1:

Катионы четвертой аналитической группы при взаимодействии со щелочами образуют гидроксиды, которые относятся к слабым основаниям. Они не растворяются в воде, но растворяются в кислотах. Обнаруживая типичные амфотерные свойства, гидроксиды этих катионов растворяются не только в кислотах, но и в щелочах. Например:

Таблица 12.1. Кислотно-основные свойства соединений Хрома

Степень окисления Хрома	Формулы оксидов	Формулы гидратных соединений	Названия соединений	Свойства соединений
+2	СrО	Сr(ОН)2	Хром (II) гидроксид	Основные
+3	Сr2О3	Сr(ОН)3 НСrО2	Хром (III) гидроксид Хромитная кислота	Амфотерные
+6	СrО3	Н2СrО4 Н2Сr2О7	Хроматная кислота Дихромароматная кислота	Кислотные

Zn(OH)₂ +2 HCl = ZnCl₂ + 2H₂О;

Zn(OH)₂ +2 КОН_(р-н) =K₂[Zn(OH)₄];

Cr(ОН)₃ + З НС1 = СrС1₃ + З Н₂О;

Сr(ОН)₃ +З КОН_(р-н) =К₃[Сr(ОН)₆].

В водных растворах амфотерные электролиты (амфолиты) диссоциируют на ионы Гидрогена Н⁺ и гидроксид-ионы ОН^- по уравнению

Zn(ОН)₂ + 2 Н₂О ↔ 2 Н⁺ + [Zn(ОН)₄]^2- (как кислота);

Zn(OH)₂ ↔ ZnOH⁺ + OH^- І ступень (как основание);

ZnOH⁺ ↔ Zn²⁺ + OН^- II ступень.

Средние соли катионов третьей группы - хлориды, нитраты, сульфаты и ацетаты - хорошо растворяются в воде, а сульфиды, карбонаты и фосфаты в воде не растворимы, но хорошо растворяются в кислотах.

Поскольку растворимые в воде соли образованны слабыми основаниями типа Zn(OH)₂, А1(ОН)₃, Сr(ОН)₃, то практически все они гидролизуются (см. п. 3.5), например:

Zn²⁺ + НОН ↔ ZnOH⁺ + Н⁺.

В результате гидролиза образуются основные соли, а реакция среды становится кислой (рН < 7).

Соли, которые содержат катион слабого основания и анион слабой кислоты, например карбонаты или сульфиды Алюминия и Хрома (III), в водных растворах не существуют, поскольку они гидролизуются полностью:

Cr₂(CО₃)₃ + З НОН → 2Сr(ОН)₃↓ +3 СО₂;

Cr₂S₃ + 6 HОН →2 Сr(ОН)₃↓ +3 H₂S.

Алюминий — один из наиболее распространенных металлов земной коры (8% по массе). Он принадлежит к химически активным элементам, его соединению обнаруживают типичные амфотерные свойства. Связи в них имеют смешанный ионно-ковалентный характер, степень окисления является величиной постоянной и равняется +3.

В водных растворах гидратированные катионы Алюминия [А1(Н₂O)₆]³⁺ и Цинка [Zn(H₂O)₄]²⁺ бесцветны, а Хрома(ІІІ) [Сr(Н₂O)₆]³⁺ — окрашенны в зеленый цвет, что и используют в качественном анализе.

Арсен, как р-элемент VA группы ПСЭ, образует катионы со степенями окисления +3 и +5. Поскольку это амфотерный химический элемент, то в щелочной среде существуют анионы кислородсодержащих кислот AsО₃^3- и AsО₄^3- (арсенит и арсенат-ионы), а в кислой — катионы:

AsО₃^3- ↔ As(OH)₃ ↔ As³⁺

Щелочная Нейтральная Кислая

среда среда среда

Таким образом, определение Арсению в форме катионов проводят в сильнокислой среде, а в форме анионов - в слабокислой, нейтральной или щелочной.

Соединения Арсению очень токсичны, поэтому работа с ними требует особой осторожности и четкого соблюдении правил техники безопасности.