Аналитические реакции

Реакцию, используемую для аналитических целей, принято называть аналитической реакцией, а вещество, ее вызывающую – реагентом. В аналитике используют реакции, сопровождающиеся явными (или хорошо заметными) внешними эффектами. Это могут быть изменение цвета или интенсивности окраски раствора, образование или растворение осадка, выделение газа с определенным запахом или цветом и т.д.

Аналитический сигнал или аналитический признак – любое свойство системы отличающее ее от остальных.

В качественном анализе различают три вида реакций: реакции открытия (обнаружения) тех или иных веществ, групп, ионов и т.д.; реакции идентификации (подтверждения) или проверки правильности открытия; реакции осаждения (отделения), используемые в систематическом анализе для разделения групп ионов.

Аналитические реакции по способу их выполнения делятся на «мокрые», которые проводятся в (водных) растворах, и «сухие», к которым относят:

- окрашивание пламени газовой горелки солями (обычно летучими хлоридами, карбонатами, нитратами) некоторых металлов в определенный цвет, например, Na − желтый, K − фиолетовый, Sr − карминово-красный, Ba − зеленый, Ca − кирпично-красный;

- образование окрашенных перлов (стекол) при сплавлении, например, Na₂B₄O₇·10H₂O, NaNH₄HPO₄·4H₂O с солями металлов: Cr − изумрудно-зеленые, Mn − аметистово-фиолетовые;

- метод растирания, образования окрашенных соединений на фарфоровой пластинке, например, синего (NH₄)₂[Co(SCN)₄] при совместном растирании CoSO₄ и NH₄SCN.

В зависимости от массы анализируемого вещества различают макроанализ (>1 г), микроанализ (1 мг ÷ 1 мкг), ультрамикроанализ (<1 мкг). На практике чаще имеют дело с полумикроанализом, занимающим промежуточное положение.

Условия выполнения реакции

Среда (кислая, нейтральная или щелочная) создается прибавлением к раствору кислоты, щелочи или буферного раствора; например, осадки, растворимые в кислотах, не образуются в кислой среде.

Температура должна быть соответствующей, так как осадки (например, PbCl₂) могут растворяться в горячем растворе; некоторые реакции идут на холоде, некоторые – при нагревании.

Концентрация должна быть достаточной, так как осадок образуется только из пересыщенного раствора, то есть когда его концентрация больше растворимости.

Характеристика реакций

Чувствительность реакции характеризуется взаимосвязанными показателями:

- открываемый минимум (m) – наименьшая масса вещества (в мкг), которая может быть обнаружена посредством данной реакции. Аналитическим целям удовлетворяют реакции, для которых m < 50 мкг;

- минимальная (предельная) концентрация (1:q) – характеризует минимальную концентрацию C_min, при которой обнаружение вещества возможно в небольшом (одной капле) объеме раствора; q – объем раствора (мл), в котором содержится 1 грамм вещества;

- предельное разбавление (q) − величина, обратная концентрации; аналитическим целям удовлетворяют реакции, эффективные при разбавлении более 1000.

Если минимальный объем, требуемый для обнаружения ионов V_min (мл), то

.

Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем меньше открываемый минимум и предельная концентрация и чем больше предельное разбавление.

Специфичность. Специфической реакцией на данный ион называется такая реакция, которая позволяет обнаружить его в условиях опыта в смеси с другими ионами. Например, реакция со щелочью является специфической для обнаружения NH₄⁺ в виде NH₃ по запаху.

Ионные уравнения

При анализе неорганических веществ в большинстве случаев имеют дело с водными растворами кислот, оснований, солей, являющихся электролитами. Поэтому «мокрыми» реакциями открывают ионы, а не элементы или вещества.

Все реакции в (водных) растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций − ионными уравнениями.

В этих уравнениях в молекулярной форме записываются вещества, которые:

- мало ионизируют (НОН),

- малорастворимы (выпадают в осадок, BaSO₄↓),

- являются газами (CO₂↑),

- являются простыми веществами (О₂).

Например:

1. NaOH + HCl → NaCl + HOH – уравнение в молекулярной форме;

Na⁺ + OH^‾ + H⁺ + Cl^‾ → Na⁺ + Cl^‾ + HOH – уравнение в ионной форме, полное ионное уравнение;

OH ^‾ + H⁺ → HOH – сокращенное ионное уравнение.

2. BaCl₂ + K₂SO₄ → 2KCl + BaSO₄↓;

Ba²⁺ + 2Cl^‾ + 2K⁺ + SO₄^2‾ → 2K⁺ + 2Cl^‾ + BaSO₄↓;

Ba²⁺ + SO₄^2‾ → BaSO₄↓ – сокращенное ионное уравнение.

Для обнаружения Cl^‾ используют раствор AgNO₃:

HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃

− образуется белый творожистый осадок. Данной реакцией открывают не элемент хлор вообще, а именно хлорид ион Cl^‾. Она неэффективна, если хлор присутствует в ином виде, например, NaClO₃ или CHCl₃. Также можно отметить, что реагентом является не AgNO₃, а именно Ag⁺, а суть реакции выражается сокращенным ионным уравнением:

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl.