В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в растворимости образуемых ими солей и гидроксидов, позволяющее отделять (или отличать) одни группы ионов от других.
Существуют разные системы группового разделения ионов: сероводородная, кислотно-основная, аммиачно-фосфатная, тиоацетамидная и т. д. Каждая из этих систем имеет свои преимущества и недостатки. Основным недостатком сероводородной системы является необходимость работы с сероводородом, что требует хорошей вентиляции, склонность к образованию коллоидных сульфидных осадков, в результате чего нарушается разделение катионов на группы, и т. д. В кислотно-основной системе при разделении групп можно встретиться с затруднениями, особенно если концентрации разделяемых катионов сильно различаются. С подобными же затруднениями можно встретиться и в других системах разделения. Сознательный подход к групповому разделению позволяет в каждом конкретном случае использовать для этой цели метод, наиболее подходящий для анализируемой смеси ионов.
Классический систематический метод качественного анализа катионов основан на сульфидной классификации катионов, в которой катионы подразделяются на пять групп на основании различия в растворимости их сульфидов, хлоридов, карбонатов и гидроксидов (см. табл. 3).
Основываясь на приведенных в табл. 3 данных, операцию обнаружения катионов различных аналитических групп проводят следующим образом.
1. Исследуемый раствор подкисляют разбавленной НCl. При этом ионы V группы осаждаются в виде соответствующих хлоридов.
2. Отделив осадок, пропускают через кислый раствор газообразный H2S. При этом катионы IV группы осаждаются в виде сульфидов. Для отделения ионов IVБ подгруппы осадок обрабатывают Na2S, после чего в осадке остаются только сульфиды катионов IVА подгруппы.
3. Раствор после отделения осадка сульфидов ионов IV группы нейтрализуют NH4OH (с NH4C1) и обрабатывают (NH4)2S. При этом осаждаются сульфиды или гидроксиды (в случае А13+,Сг3+) катионов III группы.
4. Разрушив избыток (NH4)2S кипячением с уксусной кислотой, на раствор действуют (NH4)2CO3. При этом катионы II группы выпадают в осадок в виде карбонатов, а катионы I группы остаются в растворе, где их и открывают.
Обнаружение иона NH4+, который в ходе анализа вводят в раствор с реактивами, проводят в отдельной порции исследуемого раствора с помощью специфической реакции (щелочь в газовой камере) или реактива Несслера, представляющего собой смесь K2[HgI4] и КОН. Реактив Несслера при взаимодействии с солями аммония образует красно-бурый осадок:
NH4C1 + 2K2[HgI4] + 4КОН = [OHg2NH2]I + 7KI + KCl + 3H2O
Связь сульфидной классификации катионов с электронной конфигурацией атомов и ионов
Растворимость солей и гидроксидов катионов, лежащая в основе аналитической классификации, как и все другие свойства катионов, функционально связана с положением соответствующих элементов в периодической системе.
Катионы s-элементов, обладающие 2- и 8-электронным внешним слоем (Li+, Na+, K+, Mg2+, Са2+, Sr2+,Ba2+ и др.), являются слабыми поляризаторами и почти не поляризуются сами. При взаимодействии подобных катионов с сульфид-ионами не происходит заметной деформации электронных оболочек. Такие катионы, как правило, не образуют труднорастворимых в воде сульфидов и относятся к I и II аналитическим группам. Катионы Ag+, Hg2+, As(III), As(V), Sn+, Sb(III), Pb2+, Bi3+ и др., обладающие многоэлектронным внешним слоем (18 и 18 + 2), являются сильными поляризаторами и в то же время легко поляризуются сами. При взаимодействии подобных катионов с легко деформируемыми электронными оболочками сульфид-ионов происходит сильная поляризация обоих ионов и значительная деформация их внешних электронных оболочек. В соответствии с этим все катионы, обладающие внешней электронной структурой 18е- или (18 + 2e-) как правило, образуют сульфиды с очень малыми значениями констант растворимости и потому принадлежат к IV и V аналитическим группам.
Катионы с переходной электронной структурой, т. е. с незаконченным 18-электронным внешним слоем (Mn2+, Fc2+, Fe3+, Co2+, Ni2+ и др.), занимают промежуточное положение. Являясь сравнительно сильными поляризаторами, они в то же время заметно поляризуются сами и потому при взаимодействии с сульфид-ионами дают труднорастворимые сульфиды. Эти катионы образуют III аналитическую группу. Их сульфиды имеют значительно большие значения констант растворимости, чем катионы IV и V групп.
Таким образом, сульфидная классификация катионов, основанная на признаке, имеющем на первый взгляд чисто практический характер, ни в коей мере не случайна, а связана с электронной конфигурацией атомов и ионов.
| Группа катионов | I | II | III | IV | V | ||
| А | Б | А | Б | ||||
| Характеристика группы | Сульфиды и карбонаты растворимы в воде | Сульфиды растворимы в воде, карбонаты - нет | Сульфиды или образующиеся вместо них гидроксиды растворимы в разбавленных кислотых | Сульфиды нерастворимы в разбавленных кислотых | |||
| Гидроксиды амфитерны | Гидроксиды неамфотерны | Сульфиды нерастворимы в Na2S | Сульфиды растворимы в Na2S | Хлориды нерастворимы в воде | |||
| Катионы | Na+, K+, NH4+ | Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ | Al3+, Cr3+, Zn2+ | Fe2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Ni2+ | Cu2+, Bi3+, Cd2+ | As(III, V), Sb(III, V), Sn2+, Sn(IV), Hg2+ | Ag+, Hg22+, Pb2+ |
| Групповой реагент | Нет | (NH4)2CO3 | (NH4)2S в присутствии NH4OH и NH4Cl | H2S в присутствии HCl | HCl | ||
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://chemistry.narod.ru/
Похожие работы
... диссоциация. Тема 1.2 Закон действующих масс. Химическое равновесие. Гомогенное равновесие Студент должен: знать: - применение закона действующих масс в аналитической химии; - смысл константы автопротолиза; уметь: - вычислять степень диссоциации по константе диссоциации и наоборот; - вычислять водородный и гидроксильный показатели растворов. ...
... (II) аммония. Cd2+-+ [Hg(SCN)4]2- -> Cd[Hg(SCN)4] ()бразование бесцветных продолговатых кристаллов тетрароданомеркурата кадмия Аналитически реакции катионов VI аналитической группы по кислотно-основной классификации: Cu2+, Hg2+, Cd2+, Co2+, Ni2+ Групповой реагент – NH4OH в избытке Хотя элементы расположены в разных груупах периодической системы Д.Ию Менделеева, все эти катионы ...
... «Анализ смеси катионов 1 аналитической группы (Na+, K +, NH4+)». Цель работы: закрепление знаний, полученных при изучении свойств катионов; выработка навыков и умений систематического анализа катионов. Оборудование: пробирки, держатель, спиртовка, фильтровальная бумага, индикаторная бумага, стеклянные палочки, анализируемый раствор, реактив Несслера, гидротартрат натрия, дигидроантимонат ...
... состоит анализируемое вещество и какие ионы, группы атомов или молекулы входят в его состав. При исследовании состава неизвестного вещества качественный анализ всегда предшествует количественному, так как выбор метода количественного определения составных частей анализируемого вещества зависит от данных, полученных при его качественном анализе. Качественный химический анализ большей частью ...
0 комментариев