Лабораторне заняття № 1 Лабораторна робота №1

Реакції катіонів першої аналітичної групи: K⁺, Na⁺, NH₄⁺

1. Перша аналітична група K⁺, Na⁺, NH₄⁺, не має групового реагенту. Катіони першої та другої аналітичних груп утворюються елементами основних підгруп першої та другої груп періодичної системи. Усі однозарядні катіони належать до першої аналітичної групи разом з іонами амонію. Іони NH₄⁺ у розчині за своїм зарядом і розмірами такі ж, як і іони К⁺. Оскільки осади солей утворюються за рахунок електростатичної взаємодії між катіоном і аніоном, іони NH₄⁺ утворюють осади з усіма реактивами на іони К⁺ і заважають відкриттю іону калію.

Катіони амонію NH₄⁺.

1. Луги (NaOH, KOH, Ca(OH)₂) утворюють з іонами амонію нестійкий гідроксид амонію, який розкладається (краще при нагріванні) з виділенням аміаку – безбарвного газу з характерним запахом:

NH₄⁺ + OH⁻  NH₄OH  H₂O + NH₃

Реакція відома як найбільш специфічна, тому що усі інші неорганічні іони такого аналітичного ефекту не дають і не заважають його спостерігати. Але для того щоб відчути ефект реакції, потрібна значна кількість іонів амонію.

2. Реактив Несслера містить дві речовини – KOH i K₂HgJ₄ – у водному розчині. З невеликою кількістью іонів амонію (або з аміаком) цей реагент утворює червоно–бурий осад оксодимеркурамоній-йодиду:

NH₄⁺ + 4OH⁻ + 2HgJ₄²⁻ OHg₂NH₂J + 7J⁻ + 3H₂O,

який розчиняється у надлишку NH₄Cl, тому важливо, щоб цього надлишку не було. Реакція з реактивом Несслера є більш чутливою, ніж з лугом.

Виконання: у чисту пробірку внести краплю 2 М розчину солі амонію (NH₄Cl, NH₄NO₃ або (NH₄)₂SO₄), додати 5 − 10 крапель води, перемішати і вилити. До розчину, що залишився на стінках пробірки, додати 4 − 5 крапель реактиву Несслера (не торкатися пипеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення у пробірці характерного осаду.

Реакція Несслера проходить у сильно–лужному середовищі (KOH входить до складу реагенту), тому усі катіони, що дають важкорозчинні гідроксиди, випадають в осад. Катіони магнію та інші, що дають з реактивом Несслера білий (або жовтуватий внаслідок забруднень) осад, не заважають спостерігати утворення характерного червоно – бурого осаду, якшо у розчині є амоній. Інші катіони, що утворюють темнозабарвлені осади гідроксидів, заважають реакції, особливо ферум (ІІІ), який дає з KOH червоно – бурий осад Fe(OH)_{3 .}

Катіони калію К⁺

1. Гексанітрокобальтат (ІІІ) натрію Na₃Co(NO₂)₆ у нейтральному або слабокислому середовищі утворює з іонами K⁺ жовтий кристалічний осад:

2 KCl + Na₃Co(NO₂)₆ = K₂NaCo(NO₂)₆↓ + 2 NaCl

2K⁺ + Na⁺ + Co(NO₂)₆³⁻ = K₂NaCo(NO₂)₆

Виконання: у чисту пробірку внести 1 – 2 краплі 0,5 М розчину солі калію (KCl, KNO₃ або K₂SO₄) і додати 2 – 3 краплі розчину Na₃Co(NO₂)₆ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення жовтого кристалічного осаду. Сильні кислоти і луги розкладають реагент. Для нейтралізації лужного середовища використовують слабку оцтову кислоту, надлишок якої не заважає цій аналітичній реакції.

Катіони амонію утворюють з реагентом такий самий осад, тому при виконанні задачі перед відкриттям іонів калію у досліджуваному розчині потрібно з окремою порцією цього розчину виконати реакцію Несслера, щоб упевнитися, що в ньому відсутні іони амонію.

Розчин Na₃Co(NO₂)₆ має темно – коричневий колір з червонуватим відтінком. Реагент готують щодня. Якщо розчин має рожевий колір, це означає, що реагент розклався. Такий реагент не дасть характерного осаду з досліджуваним розчином, навіть якщо там є іони калію. Тому потрібно приготувати свіжий розчин, або використати інший реагент.

2. Винна кислота або її кисла сіль гідротартрат натрію NaHC₄H₄O₆ у слабокислому середовищі утворює з іонами калію білий кристалічний осад:

K⁺ + HC₄H₄O₆ = KHC₄H₄O₆↓,

розчинний у сильних кислотах і лугах. У сильнокислому середовищі утворюється слабка винна кислота H₂C₄H₄O₆. У лужному середовищі кисла сіль переходить у розчинну середню. Слабкі кислоти (приміром, оцтова) не розчиняють осад і не заважають виконанню реакції.

Гідротартрат калію може утворювати пересичені розчини. У такому випадку після додавання реагенту, якщо осад не утворився, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, на яких при цьому утворюються центри кристалізації.

Виконання: у чисту пробірку внести 3 – 4 краплі розчину солі калію і додати 4 – 5 крапель 0,5 М розчину NaHC₄H₄O₆. Якщо осад не утворився, охолодити пробірку під краном з холодною водою, потерти скляною паличкою стінки пробірки.

Катіони амонію дають такий самий осад. Тому перед відкриттям іонів калію у досліджуваному розчині потрібно упевнитися, що там відсутні іони амонію. Якщо ж вони є, потрібно відокремити їх (солі амонію розкладаються при прожарюванні), а вже потім додавати реагент на іони калію.

Катіони нарію Na⁺

1. Гексагідроксостибіат (дигідроантимонат) калію K[Sb(OH)₆] (KH₂SbO₄) у водному розчині перетворюється у гексагідроксостибіат калію:

KH₂SbO₄ + 2H₂O = KSb(OH)₆ .

З іонами натрію цей реагент утворює білий дрібнокристалічний осад:

Na⁺ + H₂SbO₄⁻ = NaH₂SbO₄ 

Для утворення осаду потрібна досить висока конценрація іонів натрію – реакція малочутлива. Продукт реакції – дигідроантимонат натрію – може утворювати пересичені розчини.

Виконання: у чисту пробірку внести 5 – 8 крапель 0,5 М розчину солі натрію (NaCl, NaNO₃ або Na₂SO₄) і додати 5 – 8 крапель розчину KH₂SbO₄ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!) Якщо осад не випадає, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, тримаючи пробірку під краном з холодною водою.

У сильнолужному середовищі кисла сіль переходить у розчинну середню і осад не випадає. У кислому середовищі (навіть у слабокислому, яке дають солі амонію) реагент розкладається і виділяється білий аморфний осад HSbO₃, який заважає спостерігати реакцію на іони натрію. Крім іонів NH₄⁺ виконанню реакції на натрій заважають іони Mg²⁺, які дають з цим реагентом білий дрібнокристалічний осад, як і іони Na⁺.

2. Забарвлення полум’я. Солі натрію забарвлюють полум’я газового пальника у яскраво-жовтий колір. Перед відкриттям іонів натрію потрібно упевнитися, що на паличці, на яку буде нанесений досліджуваний розчин і яку потім вносять у полум’я, відсутні солі натрію.