Глава 9. Аналитические реакции четвертой группы катионов

К 4-й аналитической группе относятся катионы Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

Гидроксиды катионов IV группы не растворимы в избытке щелочей и растворе аммиака. Они количественно осаждаются избытком раствора NaOH, в присутствии пероксида водорода, который является групповым реагентом на ионы данной группы. Все катионы образуют трудно растворимые фосфаты, оксалаты, сульфиды (кроме Mg²⁺). Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ проявляют окислительно–восстановительные свойства.

Реакции ионов магния

1. Реакция со щелочами.

Едкие щелочи образуют белый студенистый осадок гидроксида магния:

MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + 2NaCl

Гидроксид магния растворим в кислотах и солях аммония, но не растворим в избытке щелочи.

2. Реакция с водным раствором NH₃.

Аммиак с ионами магния образует осадок гидроксида магния:

Mg²⁺ + 2NH_{3 ˙} Н₂О = Mg(OH)₂ + 2NH₄⁺,

который не осаждается полностью. К присутствии солей аммония диссоциация NH_{3 ˙} Н₂О настолько понижается, что концентрация ионов ОН^– становится меньше необходимой для того, чтобы было превышено произведение растворимости Mg(OH)₂. Иначе говоря, NH₄Cl и NH₃ образуют буферный раствор с рН = 8,3, при котором гидроксид магния в осадок не выпадает.

3. Реакция с гидрофосфатом натрия.

MgCl₂ + Na₂HPO₄ = MgHPO₄ + 2NaCl

Гидрофосфат магния – белый аморфный осадок, растворимый в минеральных кислотах, а при нагревании – в уксусной.

Выполнение реакции: при проведении реакции в присутствии NH_{3 ˙} Н₂О и NH₄Cl выпадает белый кристаллический осадок фосфата магния и аммония. В пробирку помещают 3–4 капли соли магния (задачи) добавляют раствор аммиака до слабой мути, раствор NH₄Cl до её растворения и 2–3 капли раствора Na₂HPO_4. Пробирку охлаждают под холодной водой, потирая стеклянной палочкой о внутренние стенки пробирки. В присутствии ионов магния со временем выпадает белый кристаллический осадок:

MgCl₂ + Na₂HPO₄ + NH_3˙H₂О = MgNH₄PO₄ + 2NaCl + H₂O

Реакцию можно проводить и как микрокристаллоскопическую. На предметное стекло наносят каплю соли магния (задачи), каплю NH₄Cl, выдерживают над склянкой с концентрированным раствором NH₃ (каплей вниз), вносят кристаллик сухого Na₂HPO₄·12Н₂О и через минуту наблюдают кристаллы MgNH₄PO₄ в виде дендритов (листков) под микроскопом.

3. Реакция с карбонатом аммония.

2MgCl₂ + 2(NH₄)₂СО₃ + Н₂О = Mg₂(OH)₂CO₃ + 4NH₄Cl + СO₂

Осадок малорастворим в воде и выпадает только при рН > 9. Он растворим в солях аммония, что можно объяснить, исходя из следующего равновесия: Mg₂(OH)₂CO₃  Mg₂(OH)₂CO₃  2Mg²⁺ + 2OН^– + СО₃^2–

При введении NH₄Cl происходит его диссоциация NH₄Cl  NH₄⁺ + Cl^–. Ионы NH₄⁺ связываются с гидроксид–ионами в малодиссоциирующее соединение NH_{3 ˙} Н₂О, вследствие чего концентрация ионов OH^– понижается инe достигается и происходит растворение осадка.

5. Реакция с 8-оксихинолином.

8–оксихинолин в аммиачной среде при рН 9,5–12,7 образует с ионами магния зеленовато-желтый кристаллический осадок внутрикомплексной соли оксихинолята магния Mg(C₉H₆NO)₂·2H₂O:

Mg²⁺ + 2C₉H₆NOH + 2NH₄OH = Mg(C₉H₆NO)₂ + 2NH₄⁺

Осадок растворим в уксусной и минеральных кислотах. Катионы щелочных и щелочноземельных металлов реакции не мешают.

Выполнение реакции: к 3–4 каплям исследуемого раствора прибавляют 2 капли раствора фенолфталеина и по каплям 2 М раствор аммиака до появления розовой окраски. Содержимое пробирки нагревают до кипения и прибавляют 4–5 капель 5%-ного спиртового раствора 8–оксихинолина. В присутствии магния выпадает зеленовато–желтый осадок. Реакции не мешают ионы щелочных и щелочноземельных металлов.