Пятая группа катионов

К пятой (аммиакатной) группе катионов относятся ионы Сu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺. Групповым реактивом является избыток раствора аммиака. При этом образуются растворимые в воде аммиакатные комплексы: [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Ni(NH₃)₆]²⁺, [Co(NH₃)₆]²⁺.

17. Общая характеристика катионов пятой группы

17.1. Степень окисления

Медь(4s¹ 3d¹⁰) образует соединения со степенью окисления I и II. В условиях анализа будем иметь дело с соединениями двухвалентной меди.

Кобальт (4s² 3d⁷) может иметь степени окисления II и III. В кислой среде более устойчивы соединения кобальта (II). В щелочной среде Со(ОН)₂ окисляется перекисью водорода в Со(ОН)₃. Очень легко кислородом воздуха окисляются комплексные соединения Со(II) в соответствующие комплексы Со(III).

У никеля (4s² 3d⁸) наиболее устойчива степень окисления II, как в простых соединениях, так и в комплексах. При действии перекиси водорода Ni(OH)₂ не окисляется.

17.2. Свойства гидроксидов

Все гидроксиды катионов пятой группы имеют основный характер. Действие щёлочи на соли этих катионов приводит к образованию следующих осадков:

Cu²⁺ + 2OH^-  Cu(OH)₂

голубой

Co²⁺ + OH^- + Cl^-  Co(OH)Cl

синий

Co(OH)Cl + OH-  Co(OH)₂+ Cl^-

розовый

Ni²⁺ + 2OH^-  Ni(OH)₂

зелёный

При действии раствора аммиака, взятого в эквивалентном количестве, также образуются осадки соответствующих гидроксидов или основных солей, а избыток аммиака приводит к образованию растворов комплексных соединений:

CuSO₄ + 4NH₄OH  [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4H₂O

Ni(NO₃)₂ + 6NH₄OH  [Ni(NH₃)₆](NO₃)₂ + 6H₂O

CoCl₂ + 6NH₄OH  [Co(NH₃)₆]Cl₂ + 6H₂O

Гидроксид меди тёмно-голубого цвета при нагревании разлагается с образованием оксида меди чёрного цвета, который нерастворим в NH₄OH:

t

Cu(OH)₂  CuO + H₂O

Гидроксид никеля Ni(OH)₂ светло-зелёного цвета под действием сильных окислителей (Br₂, Cl₂ и т.д.) переходит в гидроксид Ni(OH)₃ чёрного цвета:

2Ni(OH)₂ + Br₂ + 2NaOH  2Ni(OH)₃ + 2NaBr

Гидроксид кобальта Co(OH)₂, а также основные соли кобальта на воздухе постепенно окисляются в Co(OH)₃:

4Co(OH)₂ + 2H₂O + O₂  4Co(OH)₃

розовый тёмно-бурый

17.3. Гидролиз солей

Все растворы солей катионов пятой группы и сильных кислот имеют кислую реакцию в результате гидролиза по катиону. Действие раствора соды на растворы этих солей в результате гидролиза приводит к образованию осадков основных карбонатов:

2Мe²⁺ + CO₃^2- + 2H₂O  (MeOH)₂CO₃+ 2H⁺

17.4. Комплексообразование

Все катионы пятой группы являются d-элементами ПСМ и поэтому легко вступают в реакции комплексообразования с различными лигандами.

Координационные числа их обычно равны 4 и 6.

Большое значение имеет образование комплексных соединений с роданид-, цианид-ионами, а также с диметилглиоксимом. Применение реакций комплексообразования для данной группы позволяет маскировать мешающие ионы.

17.5. Окраска соединений

Растворы солей меди имеют различные оттенки: от голубого до зелёного. Соли кобальта имеют розовую окраску, никеля - зелёную.

17.6. Техника безопасности

Реакции с концентрированным раствором аммиака выполнить под тягой.

Растворение осадков в азотной кислоте проводить под тягой, т.к. выделяются ядовитые оксиды азота.

Лабораторная работа № 5

«Изучение свойств катионов V аналитической группы и анализ их смеси»

Цель работы: изучение свойств солей, гидроксидов ионов Сu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺; знакомство с методами разделения и обнаружения.

17.7. Общие реакции на катионы пятой группы

Проделать реакции на катионы Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ согласно табл.6:

Таблица 6

Реактив	Условия реакции	Катионы
		Cu2+	Co2+	Ni2+
1	2	3	4	5
NaOH		Cu(OH)2 голубой	Со(ОН)Cl cиний, Со(ОН)2  розовый	Ni(OH)2 зелёный
NaOH + H2O2	нагреть	CuO чёрный	Co(OH)3 тёмно-бурый	Ni(OH)2 зелёный

Продолжение табл.6

1	2	3	4	5
NH4OH	избыток до растворения осадков	[Cu(NH3)4]2+ лазурно-синий	[Co(NH3)6]2+ грязно-жёлтый	[Ni(NH3)6]2+ сиреневый
Na2CO3*	раствор	(CuOH)2CO3 зелёный	(CoOH)2CO3 розовый	(NiOH)2CO3 зелёный
K4[Fe(CN)6]		Cu2[Fe(CN)6]  красно-бурый	Co[Fe(CN)6]  серо-зелёный	Ni2[Fe(CN)6] жёлто-зелёный
KSCN или NH4SCN		Cu(SCN)2 чёрный, со временем белеет	[Co(SCN)4]2- синий в избытке реактива	Ni(SCN)2 светло-зелёный, растворим в избытке реактива
Na2HPO4		Cu3(PO4)2 голубой	Co3(PO4)2 фиолетовый, растворяется в аммиаке	Ni3(PO4)2 зелёный, растворяется в аммиаке
*Все гидроксокарбонаты растворяются в концентрированном растворе аммиака с образованием комплексов.