2.Чому 1 аналітична група катіонів не має групового реактиву?

Катіони І групи. Сюди належать іони калію, натрію амонію, іноді до цієї групи відносять також іони магнію. Для катіонів І групи характерна розчинність карбонатів і сульфідів названих металів у воді. Другою особливістю є відсутність групового реактиву, за допомогою якого можна було б перевести в осад усі катіони І групи, оскільки властивості іонів різні, і кожен по своєму реагує на взаємодію з тим чи іншим елементом.

Усі катіони цієї групи, крім катіона магнію, одновалентні. Магній – двовалентний. Натрій, калій, магній у вільному стані є металами. Натрій і калій легко окисляються на повітрі, вони енергійно реагують з водою при кімнатній температурі, виділяючи водень і утворюючи відповідні гідроксиди. Гідроксиди лужних металів легко розчиняються у воді і є сильними лугами. Гідроксид магнію погано розчиняється у воді і є слабкою основою.

Амоній (NH₄⁺) у вільному стані не існує.

3. Катіони І групи. Сюди належать іони калію, натрію амонію, іноді до цієї групи відносять також іони магнію. Для катіонів І групи характерна розчинність карбонатів і сульфідів названих металів у воді. Другою особливістю є відсутність групового реактиву, за допомогою якого можна було б перевести в осад усі катіони І групи.

Катіони ІІ групи – іони кальцію, стронцію і барію – утворюють нерозчинні у воді карбонати. Груповим реактивом є розчин карбонату амонію (NH₄)₂CO₃.

Катіони ІІІ групи – іони заліза, алюмінію, хрому, нікелю, кобальту, цинку, марганцю. Сульфіди і гідроксиди катіонів цієї групи не розчиняються у воді, але розчиняються в розведених кислотах. Розчин сульфіду амонію є груповим реактивом, при дії якого на нейтральний або слабко лужний розчин осаджуються сульфіди NiS, CoS, FeS, Fe₂S₃, MnS, ZnS і гідроксиди Cr(OH)₃, Al(OH)_3.

Катіони ІV групи – іони срібла, ртуті, свинцю, міді, вісмуту й кадмію. Сульфіди цих металів не розчиняються у воді і в розведеній соляній кислоті. Сірководень є груповим реактивом, який осаджує всі названі катіони з кислого розчину у вигляді сульфідів. Іони срібла і ртуті (І) і свинцю становлять окрему підгрупу ІV групи. Хлориди цих металів не розчинаються у воді.

Катіони V групи – іони олова, сурми, миш’яку. Останній частіше утворює аніони миш’якової або миш’яковистої кислоти. Сульфіди цих елементів не розчиняються у воді і в розведеній соляній кислоті, але, на відміну від сульфідів ІV групи, розчиняються в полісільфіді амонію (NH₄)₂S_x. Груповим реактивом є сірководень.

4. Натрій.

Для виявлення іонів натрію користуються головним чином реакціями утворення важкорозчинних сполук. З них найважливіші такі:

Гексагідросостибіат калію K[Sb(OH)₆] з розчином солей натрію у нейтральному або слабко лужному середовищі утворює білий кристалічний осад гексагідроксостибіату натрію:

Na⁺+[Sb(OH)₆]^- = Na[Sb(OH)₆] – дрібний кристалічний осад, що видко осідає на дно пробірки, частково пристає до її стінок.

Реакцію можна виконати і мікрокристалоскопічним методом.

Цинк-ураніл-ацетат Zn(UO₂)₃ * (C₂H₂O₂)₈ у нейтральному розчині утворює з солями натрію зеленувато-жовтий кристалічний осад натрій-цинк-ураніл-ацетату NaZn(UO₂)₃ * (C₂H₃O₂)₉ * 9H₂0

Na⁺+Zn(CH₃COO)₂+3UO₂(CH₃COO)₂+CH₃COO^-+9H₂O=NaCH₃COO

*Zn(CH₃COO)₂*3UO₂(CH₃COO)2*9H₂O

Калій.

Винна кислота Н₂С₄Н₄О₆ у присітності ацетату натрію або її кисла натрієва сіль – гідротартрат натрію NaHC₄H₄O₆ утворюють з розчинами солей калію білий кристалічний осад гідротартрату калію КНС₄Н₄О₆, наприклад:

KCl+NaHC₄H₄O₆=KHC₄H₄O₆+NaCl

Кобальти нітрит натрію Na₃[Co(NO₂)₆] у нейтральному або оцтовокислому розчині утворює із солями калію жовтий осад кобальти нітриту калію і натрію K₂Na[Co(NO₂)₆]:

2K⁺+Na⁺ +[Co(NO₂)₆]^3-= K₂Na[Co(NO₂)₆]

Мікрокристалоскопічна реакція для калію відрізняється тільки тим, що її проводять на предметному склі за допомогою реактива NaPbCu(NO₂)₆.

Дипікриламін з іонами калію утворює оранжево-червоний кристалічний осад калієвої солі дипікриламіну.

Забарвлення полум’я – солі калію забарвлюють полум’я у блідо-фіолетовий колір.

Амоній.

Їдкі луги (NaOH, KOH) при нагріванні з розчинами солей виділяють аміак, наприклад:

NH₄⁺+OH-+NH₃ +H₂O

Аміак можна виявити за запахом, а також відповідними хімічними реакціями.

Реактив Несслера – це суміш K₂[HgI₄] з KOH. При добавлянні реактиву Несслера до розчину солей амонію виділяється аміак, який з K₂[HgI₄] утворює червоно-бурий осад йодиддийододимеркурамонію NH₂Hg₂I₃:

NH₃+2K₂[HgI₄]+KOH= NH₂Hg₂I₃ + 5KI+H₂O

Гексагідроксостибіат калію K[Sb(OH)₆] у присутності солей амонію розкладається , виділяючи білий аморфний осад метасурм’яної кислоти.

Гідротартрат натрію NaHC₄H₄O₆, кобальтинітрит натрію Na₃[Co(NO₂)₆] у нейтральному або оцтовокислому розчині утворюють з іонами амонію осади, аналогічні осадам іонів каліюю

Розкладання солей амонію нагріванням – при температурі, близькій до температури червоного жару, усі солі амонію розкладаються. Характер розкладу залежить від природи аніона солі. У відсутності окислювача незалежно від складу газоподібних продуктів виділяється аміак.

Взаємодія іонів амонію з формальдегідом (формалин) – іони амонію з формальдегідом утворюють органічну сполуку гексаметилентетрамін (CH2)6N4. Реакція відбувається за рівнянням

4NH₄⁺+6CH₂O↔(CH₂)₆+6H₂O+4H⁺

5. ІІ аналітична група катіонів.

А) Загальна характеристика.

До цієї групи належать катіони елементів ІІ групи (головної підгрупи) періодичної системи Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺.

Катіони ІІ групи утворюють карбонати, що погано розчиняються у воді. Ця група катіонів осаджується з нейтрального розчину карбонатом амонію. Сульфіди катіонів ІІ групи розчиняються у воді. Елементи ІІ групи називають лужноземельними металами, при звичайній температурі вони розкладають воду.

Гідроксиди лужноземельних металів є досить сильними основами, лужні властивості їх зростають від кальцію до барію. Усі катіони двовалентні і безбарвні, їх солі можуть бути забарвленими лише при сполученні з забарвленими аніонами.

Хлориди, нітрати, ацетати барію, стронцію і кальцію добре розчиняються у воді. Сульфати, оксалаи, фосфати, силікати, Флориди і хромати лужноземельних металів погано розчиняються у воді. Розчинність сульфатів і хроматів зменшується від кальцію, стронцію до барію. Розчинність оксалатів, навпаки, збільшується від кальцію, стронцію до барію.

Б) Груповий реактив – карбонат амонію (NH₄)₂CO₃.

6. Хлориди цих катіонів важко розчиняються у воді, отже якщо підкислити досліджуваний розчин розведеною соляною кислотою, то підгрупа срібла осаджується у вигляді білого осаду хлориду. Застосовують розведену соляну кислоту в невеликому її надлишку.

Хід аналізу: відокремлення катіонів підгрупи срібла від решти катіонів; відокремлення хлориду свинцю від хлоридів срібла і ртуті; виявлення свинцю; відокремлення хлориду срібла і виявлення ртуті; виявлення срібла.

7. Аналітична реакція –це реакція, яка використовується для аналітичних цілей, а речовину, що її викликає, називають реактивом. В аналітиці використовують реакції, що супроводжуються наявними (або добре спостережуваними) зовнішніми ефектами. Це може бути зміна кольору або інтенсивності забарвлення розчину, утворення або розчин осаду, вияв газу з певним запахом або кольором та ін.

Аналітичний сигнал або аналітичний вияв – будь-яка якість системи, що відокремлює її від інших.

Умови проходження реакції

Середа (кисла, нейтральна або лужна) утворюється введенням до розчину кислоти, лугу або буферного розчину; наприклад, осад, що розчинюється в кислотах, у кислому середовищі не утворюється.

Температура повинна бути відповідною, тому що осад (наприклад, PbCl₂) може розчинюватися у гарячім розчині; деякі реакції ідуть на холоді, деякі – при нагріві.

Концентрація повинна бути достатньою, бо осад утворюється тільки з перенасиченого розчину, тобто коли його концентрація більше розчинності.

Характеристика реакцій.

Чутливість реакції характеризується показниками, що пов’язані між собою:

-відкриваний мінімум – найменша кількість речовини або іонів, яку можна виявити за допомогою тієї чи іншої реакції в певних умовах. Цю величину виражають у мі крамах і позначають γ = 0,000001 г = 10^-6 г.

-граничне розведення – кількісна характеристика граничного розведення виражається співвідношенням 1:В, де В-кількість розчинника за масою, що припаає на одиницю відкриваної речовини або іонів, при якій виявлення їх за допомогою даної реакції ще можливе;

-мінімальна (гранична) концентрація (1:q) – це мінімальна концентрація C_min, при якій визначення речовини є можливою у невеликій кількості (однієї краплі) розчину; q – кількість розчину (мл), у якому знаходиться 1 г речовини.

Аналітична реакція тим чутливіша, чим менше відкриваний мінімум і гранична концентрація та чим більше граничне розведення.

Чутливість реакції значною мірою залежить від умов її проведення (нагрівання, охолодження досліджуваного розчину, добавлення неводних рзчинникі тощо).

На чутливість реакції впливають також сторонні іони, які в більшості випадків присутні в досліджуваному розчині.

Реакції, проведенню яких не заважають сторонні іони, називаються специфічними.

8. Соляна кислота і розчинні хлориди з іонами срібла утворюють білий сирнистий осад хлориду срібла:

Ag⁺+Cl^-=AgCl.

Осад під дією світла розкладається. Розчинність AgCl в аміаку з утворенням комплексної сполуки аміак ату срібла і руйнування цього комплексу при дії на нього кислотою використовують в аналізі для виявлення іонів срібла.

Соляна кислота і розчинні хлориди утворюють з іонами свинцю білий осад, який погано розчиняється в холодній воді, але значно краще – в гарячій:

PbS+8HNO₃=PbSO₄+8NO₂+4H₂O.

Аміак утворює білий осад гіроксиду свинцю (ІІ), що не розчиняється в надлишку аміаку.

Аміак з іонами ртуті утворює суміш металічної ртуті чорного кольору і амідонітрату ртуті білого кольору.

Соляна кислота і її розчинні солі утворюють з іонами ртуті білий осад, що не розчиняється в розведеній азотній кислоті:

Hg₂(NO₃)₂+2HCl=Hg₂Cl2+2HNO₃.

9. Дихромат калію K₂Cr₂O₇ з іонами барію утворює жовтий осад хромату барію BaCrO₄:

Cr₂O₇^2-+2Ba²⁺+H₂O↔2BaCrO₄.

Осад BaCrO₄ розчиняється в сильних кислотах, але не до кінця, тому щоб добитися повноти осадження барію, в розчин крім K₂Cr₂O₇ добавляють CH₃COОNa.

Ця реакція є характерною для іонів барію, вона застосовується також для відокремлення його від іонів стронція і кальція.