Лабораторная работа Реакции обнаружения катионов первой аналитической группы.

Реактивы:

Исследуемые ионы: Li⁺ (CH₃COOLi), Na⁺ (NaCl), K⁺ (KBr), NH₄⁺ (NH₄NO₃).

Реагенты для обнаружения:

Li⁺: Na₂HPO₄, Na₂CO₃, NaF;

Na⁺: K[Sb(OH)₆];

K⁺: NaHC₄H₄O₆;

NH₄⁺: NaOH, реактив Несслера (K₂[HgI₄]+KOH).

Аналитические реакции катиона лития Li⁺

1. Реакция с двузамещенным гидроортофосфатом натрия Na₂НРO₄. Гидроортофосфат натрия Na₂НРO₄ в нейтральной или слабощелочной среде образует с катионами лития белый осадок фосфата (ортофосфата) лития Li₃PО₄:

3Li⁺ + НРО₄^2- + ОН^- Li₃PО₄↓ + Н₂О.

Фосфат лития растворим в растворах кислот и солей аммония. Реакцию проводят в аммиачной среде для связывания выделяющихся ионов водорода. Предел обнаружения катионов лития данной реакцией составляет 5 мкг. Мешают все катионы, образующие нерастворимые (малорастворимые) в воде фосфаты.

Методика. В пробирку вносят  10 капель раствора соли лития, прибавляют столько же капель концентрированного раствора аммиака и  15 капель раствора гидроортофосфата натрия. Через  5 минут выпадает белый мелкокристаллический осадок, растворимый в уксусной кислоте.

2.Реакция с растворимыми карбонатами. Карбонат-ионы СО₃^2- осаждают из нейтральных, щелочных (но не кислых!) растворов солей лития белый осадок Li₂CО₃:

2Li⁺ + СО₃^2- Li₂CО₃↓.

Карбонат лития заметно растворим в воде, вследствие чего катионы лития осаждаются из раствора неполностью. Поэтому для проведения реакции используют концентрированные растворы солей лития и растворимых карбонатов. Реакцию проводят при нагревании, т.к. растворимость карбоната лития в воде уменьшается с ростом температуры. Карбонат лития растворяется в кислотах. Предел обнаружения  500 мкг. Мешают все катионы, образующие в воде малорастворимые в воде карбонаты.

Методика. В пробирку вносят несколько капель концентрирован­ного раствора соли лития, прибавляют примерно столько же концентрированного раствора соды Na₂CО₃ и нагревают смесь. Выпадает белый мелкокристаллический осадок карбоната ли­тия Li₂CО₃.

3.Реакция с растворимыми фторидами. Фторид-ионы f- осаждают из водных растворов солей лития белый осадок малорастворимого в воде фторида лития LiF:

Li⁺ + F^- LiF↓.

Растворимость фторида лития в воде уменьшается в присутствии аммиака. Предел обнаружения – 50 мкг. Мешают катионы Mg²⁺, Са²⁺, Sr²⁺, Ва²⁺, Cu²⁺, РЬ²⁺, также дающие осадки фторидов.

Методика. В пробирку вносят 3–4 капли раствора соли лития, 1–2 капли концентрированного раствора аммиака и 4–5 капель раствора фторида натрия NaF. Смесь нагревают. Медленно выпадает аморфный осадок фторида лития. Осадок растворяется в уксусной кислоте.

Некоторые другие реакции катионов лития. Катионы лития образуют со стеаратом аммония CH₃(CH₂)₁₆COONH₄ малорастворимый осадок стеарата лития CH₃(CH₂)_l6COOLi, с цинкуранилацетатом Zn(UО₂)₃(CH₃CОО)₈ – желто-зеленый осадок LiZn(UО₂)₃(СН₃СОО)₉∙9Н₂О, с гексагидроксостибатом калия K(Sb(OH)₆| – белый осадок Li[Sb(OH)₆], с гексанитрокобальтатом (III) натрия Na₃[Co(NО₂)₆] – желтый осадок Li₃[Co(NО₂)₆].

Аналитические реакции катиона натрия Na⁺

Известно ограниченное число аналитических реакций катиона натрия.

1.Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом (фармакопейная). Катионы натрия дают с цинкуранилацетатом Zn(UО₂)₃(СН₃СОО)₈ в уксуснокислом растворе желтый кристаллический осадок натрийцинкуранилацетата NaZn(UО₂)₃(CH₃C00)₉∙9H₂О, нерастворимый в уксусной кислоте:

Na⁺ + Zn[(UО₂)₃(CH₃CОО)₈] + СН₃СОО^- + 9Н₂О NaZn(UО₂)₃(CH₃CОО)₉∙9Н₂О

Натрий цинк-уранил-ацетат образует кристаллы октаэдрической и тетраэдрической формы, хорошо различимые при рассмотрении под микроскопом в капле раствора. Предел обнаружения – около 0,8 мкг, реакция высокочувствительна. Мешают катионы Li⁺, К⁺, NH₄⁺, Mg⁺, Са²⁺, Sr²⁺, Ва²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Al³⁺, Мп²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ при их содержании более 5 мг в 1 мл раствора.

Методика. На предметное стекло наносят каплю раствора NaCl, слегка упаривают до начала образования белой каемки по краям капли и прибавляют каплю раствора цинк-уранил-ацетата. Через 2–3 мин наблюдают под микроскопом образование желтых октаэдрических и тетраэдрических кристаллов.

2.Реакция с гексагидроксостибатом (V) калия. Катионы натрия образуют с гексагидроксостибатом (V) калия K[Sb(OH)₆] в нейтральном (рН ≈ 7) растворе белый мелкокристаллический осадок гексагидроксостибата (V) натрия Na[Sb(OH)₆]:

Na⁺ + [Sb(OH)₆]^- Na[Sb(OH)₆]↓.

Из разбавленных растворов осадок выпадает медленно или вообще не выпадает. В сильно щелочной среде осадок не образуется, а из сильно кислых растворов выделяется белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты HSbО₃, который можно ошибочно принять за осадок гексагидроксостибата натрия. Поэтому необходимо убедиться в том, что этот осадок – кристаллический. Реакцию проводят на холоду.

Реакция малочувствительна и удается лишь при больших концентрациях катионов натрия. Мешают катионы лития, аммония, магния.

Методика. В пробирку вносят 3–4 капли раствора NaCl и 2–3 капли раствора K[Sb(OH)₆]. Смесь выдерживают несколько минут, а для ускорения реакции потирают внутренние стенки пробирки стеклянной палочкой. Наблюдают выпадение кристаллического (не аморфного!) осадка Na[Sb(OH)₆].

Аналитические реакции катиона калия К⁺

1.Реакция с гексанитрокобальтатом (III) натрия (фармакопейная). Катионы калия в достаточно концентрированных растворах в уксусно-кислой (рН ≈ 3) или нейтральной среде образуют с растворимым в воде Na₃[Co(NО₂)₆] желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III) натрия и калия NaK₂[Co(NО₂)₆]:

2К⁺ + Na₃[Co(NО₂)₆] NaK₂[Co(NО₂)₆↓ + 2Na⁺.

Из разбавленных растворов осадок выпадает медленно, при стоя­нии раствора. В сильно кислой среде образуется нестойкая, быстро разлагающаяся кислота H₃[Co(NО₂)₆]. В щелочной среде выпадает бурый осадок гидроксида кобальта (Ш) Со(ОН)₃.

Для проведения реакции используют свежеприготовленный водный раствор Na₃[Co(NО₂)₆], т.к. со временем этот реагент разлагается. Потирание стеклянной палочкой стенок пробирки ускоряет формирование осадка (NaK₂[Co(NО₂)₆] склонен к образованию пересыщенных растворов). В присутствии катионов серебра Ag⁺ выпадает еще менее растворимый осадок состава K₂Ag[Co(NО₂)₆], поэтому наличие катионов серебра в растворе повышает чувствительность реакции.Предел обнаружения – 4 мкг.

Мешают катионы Li⁺, NH₄⁺, также образующие желтые осадки.

Методика. В пробирку вносят 2 капли концентрированного раствора соли калия и 2 капли свежеприготовленного концентрированного раствора Na₃[Co(NО₂)₆]. Выпадает желтый осадок NaK₂[Co(NО₂)₆. Если осадок не образуется, то потирают стенки пробирки стеклянной палочкой.

2.Реакция с гидротартратом натрия (фармакопейная). Катионы калия при реакции с гидротартратом натрия NaHC₄H₄О₆ (или с винной кислотой Н₂С₄Н₄О₆ в присутствии ацетата натрия CH₃COONa) в нейтральной среде образуют малорастворимый в воде гидротартрат калия КНС₄Н₄О₆, выпадающий в виде белого кристаллического осадка:

К⁺ + NaHC₄H₄О₆ КНС₄Н₄О₆↓ + Na⁺.

Образование осадка ускоряется при потирании стенок пробирки стеклянной палочкой.

Осадок растворяется в горячей воде, кислотах с образованием винной кислоты, а в шелочах – с образованием средних тартратов, например, среднего тартрата калия К₂С₄Н₄О₆. Предел обнаружения – около 50 мкг. Мешают катионы NH₄⁺, образующие осадок состава NH₄HC₄H₄О₆, а также катионы Rb⁺, Cs⁺.

Методика. В пробирку вносят 3–4 капли раствора соли калия, 2 капли раствора винной кислоты и 2 капли ацетата натрия и потирают стенки пробирки стеклянной палочкой. Через некоторое время образуется белый кристаллический осадок.

Другие аналитические реакции катионов калия.

С гексахлороплатинатом (IV) натрия Na₂[PtCl₆] и соответствующей кислотой H₂[PtCl₆] катионы калия образуют желтый кристаллический осадок гексахлороплатината (IV) калия K₂[PtCl₆J:

2К⁺ + [PtCl₆]^2- K₂[PtCl₆]↓.

Предел обнаружения — около 25 мкг. Мешают катионы NH₄⁺, также дающие желтый осадок гексахлороплатината аммония (NH₄)₂(PtCl₆].

С хлорной кислотой НСlО₄ катионы К⁺ выделяют белый кристаллический осадок перхлората калия КСlО₄:

К⁺ + НСlО₄ КСlO₄↓ + Н⁺.

Аналитические реакции катиона аммония NН₄⁺

1.Реакция разложения солей аммония щелочами (фармакопейная).

Соли аммония в растворах щелочей разлагаются с выделением газообразного аммиака:

NH⁴⁺ + ОН^- NH₃↑ + Н₂О.

Выделяющийся газообразный аммиак обнаруживают с помощью влажной красной лакмусовой бумаги (синеет в парах аммиака), влажной фенолфталеиновой бумаги (в парах аммиака окрашивается малиновый цвет) или стеклянной палочки, кончик которой смочен концентрированной хлороводородной кислотой – в парах аммиака наблюдается образование белого дыма хлорида аммония:

NH₃ + HC1 NH₄Cl↑

Реакция специфична и высокочувствительна: предел обнаружения равен 0,01 мкг, предельная концентрация – ~ 2·10 ^-7 г/мл, предельное разбавление – ~ 5·10⁶ мл/г.

Методика. В пробирку вносят 8–10 капель раствора соли аммония, прибавляют такой же объем раствора NaOH и осторожно нагревают раствор, не допуская его кипения и разбрызгивания. Над раствором помещают влажную красную лакмусовую бумагу, не касаясь ею стенок пробирки во избежание попадания на бумагу капелек щелочного раствора. Выделяющиеся пары аммиака окрашивают красную лакмусовую бумагу в синий цвет.