15.1.2. Идентификация катионов неорганических веществ

Методы качественного анализа базируются на ионных реакциях, которые позволяют идентифицировать элементы в ионном виде. В результате реакций образуются трудно растворимые осадки, окрашенные комплексные соединения, происходит изменение цвета раствора в результате окисления или восстановления и т.д. Катионы, сходные по химико-аналитическим свойствам объединяются в аналитическую группу. Аналитическая группа – это совокупность катионов, каждый из которых при определенных условиях с групповым реагентом может давать сходные аналитические реакции, сопровождающиеся видимыми эффектами.

Кислотно-щелочная классификация катионов основана на малой растворимости в воде хлоридов, сульфатов и гидроксидов ряда металлов, на амфотерных свойствах гидроксидов некоторых катионов, на способности катионов d-элементов образовывать с аммиаком растворимые в воде координационные соединения. В соответствии с этим наиболее распространенные катионы делятся на 6 аналитических групп (табл. 15.1).

Таблица 15.1

Разделение катионов на группы по кислотно-щелочной классификации

Группы	Катионы	Групповой реагент	Образующиеся соединения	Характеристика группы
I	K+, Na+, NH4+	нет		Хлориды, сульфаты, гидроксиды растворимы в воде
II	Ag+, Pb2+, [Hg22+]	2н HCl	Осадок: AgCl, PbCl2, Hg2Cl2	Хлориды нерастворимы в воде и разбавленных кислотах
III	Ba2+, Ca2+, Sr2+	2н H2SO4	Осадок: BaSO4, CaSO4, SrSO4	Сульфаты нерастворимы в воде и разбавленных кислотах
IV	Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, Sn4+	NaOH избыток	Раствор: [Al(OH)4]−, [Zn(OH)4]2−, [Cr(OH)6]3−, [Sn(OH)4]2−, [Sn(OH)6]2−.	Гидроксиды растворимы в избытке щелочи
V	Fe2+,Fe3+,Mn2+, Bi3+, Sb3+, Sb5+, Mg2+	NaOH	Осадок: Fe(OH)3, Fe(OH)2, Bi(OH)3, Mn(OH)2, Mg(OH)2, Sb(OH)3, Sb2O5·H2O	Гидроксиды нерастворимы в избытке щелочи, исключение Sb(OH)3.
VI	Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+	Раствор аммиака, избыток	Раствор: [Cd(NH3)4]2+, [Cu(NH3)4]2+, [Hg(NH3)4]2+, [Co(NH3)6]2+, [Ni(NH3)6]2+.	Гидроксиды растворимы в избытке аммиака с образованием комплексных соединений

Если в растворе присутствует несколько катионов, то проводят дробный анализ, при котором осаждаются все трудно растворимые соединения, а затем обнаруживают оставшиеся катионы тем или иным методом. Можно проводить ступенчатое добавление реагента, при котором сначала осаждаются соединения с наименьшим значением ПР, а затем соединения с более высоким значением ПР. Если нет мешающих идентификации веществ, то любой катион можно идентифицировать с помощью определенной реакции.

Таблица 15.2

Некоторые реагенты для идентификации катионов

Реагент	Формула	Катион	Продукт реакции
Ализарин	C14H6O2(OH)2	Al3+	Ярко-красный осадок
Бензидин	C12H8(NH4)2	Cr(VI), Mn(VII)	Соединение синего цвета
Гексагидроксостибат калия	K[Sb(OH)6]	Na+	Белый осадок
Гексанитрокобальтат (III) натрия	Na3[Co(NO3)6]	K+	Желтый осадок
Гексацианоферрат (II) калия	K4[Fe(CN)6]	Fe3+	Темно-синий осадок
α-Диметилглиоксим	C4N2H8O2	Ni2+,Fe2+,Pd2+	Ярко-красный осадок
Дипикриламин	[C6H2(NO2)3]2NH	K+	Оранжево-красный осадок
Дитизон в хлороформе	C13H12N4S	Zn2+	Малиново-красный раствор
Дихромат калия	K2Cr2O7	Ca2+	Оранжевый осадок
Магнезон ИРЕА	C16H10O5N2SClNa	Mg2+	Ярко-красная окраска раствора
Мурексид	C8H6N6O6	Ca2+,Sr2+,Ba2+	Раствор красного цвета
Родамин Б	C24H21O3N2Cl	[SbCl6]-	Раствор синего цвета
Хромоген черный	C20H13O7N3S	Mg2+	Раствор винно-красного цвета

Катионы некоторых металлов окрашивают пламя горелки в тот или иной цвет. Например: натрий – ярко-желтый, калий – фиолетовый, кальций – кирпично-красный, стронций – карминово-красный, медь – желто-зеленый, свинец – бледно-голубой.

В отличие от катионов, анионы в большинстве случаев при обнаружении не мешают друг другу, а поэтому их можно определять дробными реакциями в отдельных порциях исследуемого раствора. Групповые реактивы служат только для обнаружения групп, а не для их разделения.

Таблица 15.3

Классификация анионов

№ группы	Анионы	Характеристика группы	Групповой реагент
1	SO42–, СO32–, РO43–, В4O72–	Соли бария трудно растворимы в воде	BaCl2 в нейтральной и слабощелочной среде
2	Cl–, I–, Вr–	Соли серебра трудно растворимы в воде и разбавленной HNO3	AgNO3 в присутствии HNO3
3	NO3–, NO2–, СН3СОО–	Соли серебра и бария растворимы в воде	Группового реактива нет