Тема 10. Химическая идентификация и анализ вещества

10.1. Химическая идентификация вещества

Химическая идентификация (обнаружение)- это установление вида и состояния фаз, молекул, атомов, ионов и других составных частей вещества на основе сопоставления экспериментальных и соответствующих справочных данных для известных веществ. Идентификация является целью качественного анализа.

В зависимости от массы сухого вещества или объема раствора анализируемого вещества различают макрометод (0,5-10 г или 10-100 мл), полумикрометод (10-50 мг или 1-5 мл), микрометод (1-5 мг или 0,1-0,5 мл), ультрамикрометод (ниже 1 мг или 0,1 мл) идентификации.

Реакции, которые позволяют обнаружить то или иное вещество или ион в присутствии других веществ называются специфическими. Примером таких реакций могут быть обнаружение ионов действием щелочи при нагревании

,

реакция йода с крахмалом с темно-синим окрашиванием, обнаружение NO₂^- с помощью реакции со смесью сульфаниловой кислоты H[SO₃C₆H₄NH₂] и α-нафтиламина C₁₀H₇NH₂, в результате которой появляется красное окрашивание.

Однако в большинстве случаев реакции обнаружения вещества не являются специфическими, поэтому мешающие идентификации вещества переводят в осадок, слабодиссоциирующее или комплексное соединение. Анализ неизвестного вещества проводят в определенной последовательности, при которой то или иное вещество идентифицируют после обнаружения и удаления, мешающих анализу веществ, т.е. применяют не только реакции обнаружения веществ, но и реакции отделения их друг от друга.

Так как свойства вещества завися от его чистоты, необходимо кратко остановиться на этом вопросе.

Чистота веществ. Элементарное вещество или соединение содержат основной компонент и примеси (посторонние вещества). Если примеси содержатся в очень малых количествах, то их называют «следами». Вещество называется высокочистым при содержании примесей не более (мольные доли) иультрачистым при наличии примесей меньше (мольные доли).

Имеется и другое определение особо чистого вещества, согласно которому они содержат примеси в таких количествах, которые не влияют на основные специфические свойства веществ.

Поэтому значение имеет не любая примесь, а примеси, которые оказывают влияние на свойства чистого вещества. Такие примеси называются лимитирующими.

Особо чистым веществам присваиваются определенные марки, которыми характеризуют число видов и логарифм массовой доли лимитирующих примесей (%). Например, марка ОСЧ8-6 означает, что вещество особой чистоты содержит 8 лимитирующих видов примесей, причем суммарная их концентрация не превышает 10^-6 % (масс. долей). При наличии органических примесей их обозначают индексом «ОП» и указывают логарифм их массовой доли (%). Например, марка ОП-5-ОСЧ означает, что суммарное содержание органических примесей не превышает (массовых долей).

Идентификация катионов неорганических веществ. Методы качественного анализа основываются на ионных реакциях, которые позволяют идентифицировать элементы в форме тех или иных ионов. В ходе реакций образуются труднорастворимые соединения, окрашенные соединения, происходит окисление или восстановление с изменением цвета раствора.

Для идентификации с помощью образования труднорастворимых соединений используют как групповые, так и индивидуальные осадители.

Групповыми осадителями для ионов служит; для ионов-; для ионови др..

Любой катион можно идентифицировать с помощью определенной реакции, если удалить другие катионы, мешающие этой идентификации.

Имеется много органических и неорганических реагентов, образующих осадки или окрашенные комплексные соединения с катионами (табл.10.1)

Некоторые соединения металлов окрашивают пламя горелки в тот или иной цвет, например натрий (желтый), калий (фиолетовый), кальций (кирпично-красный, стронций (карминово-красный), медь (желто-зеленый).

Таблица 10.1. Некоторые реагенты для идентификации катионов

Реагент	Формула	Катион	Продукт реакции
Ализарин	C14H6O2(OH)2	Al3+	Ярко-красный осадок
Бензидин	C12H8(NH2)2	Cr3+	Соединение синего цвета
Гексагидроксостбиат калия	K[Sb(OH)6]	Na+	Белый осадок
Гексанитрокобальтат натрия	Na3[Co(NO2)]6	K+	Желтый осадок
Гексацианоферрат (II) калия	K4[Fe(CN)6]	Fe3+	Темно-синий осадок
		Cu2+	Красно-бурый осадок
Гексацианоферрат(III) калия	K3[Fe(CN)6]	Fe2+	Темно-синий осадок
Диметилглиоксим	C4N2H8O2	Ni2+,Fe2+,Pd2+	Ярко-красный осадок
Дитизон в хлороформе	C13H12N4S	Zn2+	Малиново-красный раствор
Дихромат калия	К2Cr2O7	Ba2+	Желтый осадок
Мурексид	C8H6N6O6	Ca2+	Раствор красного цвета
		Sr2+,Ba2+	Раствор фиолетового цвета
Реактив Несслера	K2[HgI4] +KOH	NH+	Оранжевый осадок
Хромоген черный	C20H13O7N3S	Mg2+	Раствор красного цвета

Идентификация анионов. Анионы обычно классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам.

Так многие анионы (SO₄^2-, SO₃^2-, CO₃^2-. F^-, PO₄^3-, SiO₃^2-, CrO₄^2- и др.) имеют групповой реагент BaCl₂ в нейтральной или слабо кислой среде, так как соли бария и этих анионов малорастворимы в воде. Групповым реагентом в растворе HNO₃ на анионы Cl^-, Br^-, SCN^-, CN^-, S^2-, ClO^- и др. служит AgNO₃. Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам приведена в табл. 10.2.

Таблица 10.2. Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам

Групповой реагент	Анионы	Групповой признак
	Восстановители
	Cl-, Br-, I-, SCN-	Обесцвечивание раствора
KMnO4+H2SO4	C2O42-, S2-, SO32-, NO2-
I2, крахмал + H2SO4	S2-, SO32-, S2O32-	Обесцвечивание раствора
	Окислители
KI + H2SO4 + (крахмал)	CrO42-, MnO4-, ClO-	Окрашивание раствора
	ClO3-,NO2-,BrO3-
MnCl2+HCl(конц)	NO3-, CrO42-, NO2-, ClO3-	Окрашивание раствора
	[Fe(CN)6]3-,ClO-,MnO4-
	Инертные
	CO32-, SO42-, SiO32-, PO43-, F-, BO2-

Отдельные ионы могут быть обнаружены с помощью тех или иных специфических реакций или реагентов. Например, при действии кислоты на анионы , протекает реакция с выделением углекислого газа:

Таким образом, химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при котором происходит выпадение белого или окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.

Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы (табл.10.3.).

Таблица 10.3. Некоторые реагенты для идентификации анионов

Реагент	Формула	Ион	Продукты реакции
Антипирин, 5%-ный в H2SO4	C6H5C3HON2(CH3)2	NO2-	Раствор ярко-зеленого цвета
		NO3-	Раствор ярко-красного цвета
Дифениламин в H2SO4	(C6H5)2NH	NO3-	Раствор темно-синего цвета
Парамолибдат аммония в HNO3	(NH4)6Mo7O24∙4H2O	PO43-	Желтый осадок
Родоизонат бария	-	SO42-	Обесцвечивание раствора