1.1. Качественный анализ неорганических веществ

1.1.1. Аналитическая классификация катионов

Классификация катионов по аналитическим группам основана на растворимости некоторых образуемых ими солей. Согласно классификации Н.А. Меншуткина катионы делятся на две большие группы: 1) ионы, осаждаемые сероводородом (или сульфидом аммония); 2) ионы, не осаждаемые указанными реактивами. Ионы металлов, сульфиды которых растворимы в воде, подразделяются на ионы, осаждаемые и не осаждаемые карбонатом аммония. Таким образом, сероводород, сульфид аммония и карбонат аммония являются групповыми реактивами.

Согласно этой классификации выделяют пять аналитических групп катионов (табл. 1.1):

I ‑ катионы натрия, калия, лития, аммония, магния и др., не имеющие группового реактива, способного одновременно осадить все катионы этой группы при совместном присутствии.

Таблица 1.1

Сероводородная (сульфидная) классификация катионов

Группа	Групповой реагент	Подгруппа		Характеристика подгруппы
I Li+, Na+, K+, NH4+, Mg2+	нет	NH4+, K+		Na3[Co(NO2)6], NaHC4H4O6 или H2[PtCl6]
		Li+, Na+, Mg2+		Группового реагента нет
II Ca2+, Sr2+, Ba2+	Раствор (NH4)2СО3 в аммиачном буфере (рН ≈ 9)	Не осаждаются сульфидном аммония или сероводородом в виде сульфидов (в отличие от катионов III, IV, V групп
III Al3+, Cr3+, Zn2+, Mn2+, Fe3+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Ti4+	Раствор (NH4)2S (рН ≈ 7 - 9) Не осаждаются сероводородом в кислой среде в виде сульфидов (в отличие от катионов IV, V групп)	Al3+, Fe3+, Cr3+, Ti4+	Фосфаты, оксиацетаты и гидроксиды (при действииNa2HPO4, CH3COONa, раствора NH3 соответственно) нерастворимы в воде и уксусной кислоте
		Zn2+, Mn2+, Ni2+, Co2+	Фосфаты растворимы в уксусной кислоте, не осаждаются в виде оксиацетатов и гидроксидов
IV Ag+, [Hg2]2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+, Bi3+	Раствор H2S при рН = 0,5 (HCl). Образуемые сернистые соединения не растворимы в растворах полисульфида аммония	Ag+, Pb2+, [Hg2]2+	Осаждаются хлористоводородной кислотой в виде хлоридов
		Cu2+, Hg2+, Cd2+, Bi3+	Не осаждаются хлористоводородной кислотой
V Sr2+, Sn4+, Sb3+, As3+, Sb5+, As5+	Раствор H2S при рН = 0,5 (HCl)	Образуемые сернистые соединения растворяются в растворах полисульфида аммония с образованием тиосолей

II ‑ катионы кальция, стронция, бария, радия, осаждаемые в нейтральной или щелочной среде карбонатом аммония в присутствии NH₄CI в виде нерастворимых карбонатов.

III ‑ двухвалентные катионы никеля, кобальта, марганца, цинка, железа и трехвалентные катионы алюминия, хрома, железа и др., осаждаемые из нейтрального и щелочного раствора сульфидом аммония в виде сульфидов (ионы железа, марганца, цинка, никеля, кобальта) и гидроксидов (ионы алюминия и хрома).

IV ‑ одновалентные катионы серебра и ртути, двухвалентные катионы свинца, меди, кадмия и ртути, трехвалентные катионы висмута и др., осаждаемые из кислых растворов сероводородом в виде сульфидов и тианогидридов, нерастворимых в воде, разбавленных кислотах и растворах полисульфида аммония.

V ‑ двухвалентные катионы олова, трехвалентные ноны мышьяка, сурьмы, четырехвалентные ионы олова и ионы, образуемые пятивалентными мышьяком и сурьмой, и др., осаждаемые из кислых растворов сероводородом в виде сульфидов и тианогидридов, нерастворимых в воде и разбавленных кислотах, в растворах полисульфида аммония растворяются с образованием тиосолей.

Существуют другие классификации катионов, например, аммиачно-фосфатная и кислотно-основная. Аммиачно-фосфатная классификация катионов по аналитическим группам основана на использовании в качестве групповых реагентов двузамещенного ортофосфата аммония (NН₄)₂НPO₄ в аммиачной среде (а также двузамещенного ортофосфата натрия Na₂HPО₄), азотной HNO₃ и хлороводородной НСl кислот. В рамках этой классификации катионы делят на пять аналитических групп (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Аммиачно-фосфатная классификация катионов

Группа	Катионы	Групповой реагент
I	Na+, K+, NH4+	нет
II	Li+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mn2+, Fe2+;* Al3+, Cr3+, Fe3+, Bi3+**	Раствор (NН4)2НPO4 в водном аммиаке (25%)
III	Zn2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+	Раствор (NН4)2НPO4, фосфаты растворимы в водном аммиаке***
IV	Sn2+, Sn4+, Sb3+, As3+, Sb5+, As5+	Раствор HNO3
V	Ag+, [Hg2]2+, Pb2+	Раствор HCl

Примечание: ^* фосфаты этих катионов растворимы в уксусной кислоте;

^** фосфаты этих катионов не растворимы в уксусной кислоте;

^*** иногда групповым реагентом считают водный раствор аммиака, осаждающий гидроксиды этих катионов, растворимые в избытке аммиака.

Кислотно-основная классификация катионов по аналитическим группам основана на использовании в качестве групповых реагентов водных растворов кислот и оснований: НСl, H₂SO₄, NaOН, КОН (в присутствии пероксида водорода H₂O₂) и аммиака NH₃. Эта классификация менее совершенна, чем сероводородная, и разработана менее детально, однако ее использование не требует получения и применения токсичного сероводорода (табл. 1.3).

Наиболее отработана и широко применяется сероводородная (сульфидная) классификация катионов.

Таблица 1.3

Кислотно-основная классификация катионов

Группа	Катионы	Групповой реагент
I	Li+, Na+, K+, NH4+	Нет
II	Ag+, [Hg2]2+, Pb2+	Раствор HCl
III	Ca2+, Sr2+, Ba2+	Раствор H2SO4
IV	Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, Sn4+, As3+, As5+	Раствор NaOH в присутствии H2O2
V	Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Sb3+, Sb5+, Bi3+	Раствор NaOH или раствор аммиака (25 %)
VI	Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+	Раствор аммиака (25 %)