Частные реакции катионов первой аналитической группы

 

При выполнении частных реакций или проведении анализа раствора записи удобнее вести на развернутых ли­стах тетради в следующем виде:

Ион	Реагент	Условия проведения реакции	Уравнение реакции в молекулярном и ионном виде	Внешний эффект реакции	Вывод

Реакции обнаружения катиона калия К⁺

1. Гидротартрат натрия NaHC₄H₄O₆, или винная кис­лота, в присутствии ацетата натрия при достаточной кон­центрации ионов калия К⁺ в растворе дает белый кристал­лический осадок гидротартрата калия:

 

КСl + NaHC₄H₄O₆ = KHC₄H₄O₆↓ + NaCl;

К⁺ + HС₄Н₄О^-₆ = КНС₄Н₄О₆↓.

 

Осадок растворяется в сильных кислотах и щелочах, поэтому реакцию проводят в нейтральной или слабокис­лой средах:

 

КНС₄Н₄О₆ + Н⁺ → Н₂С₄Н₄О₆ + К⁺;

КНС₄Н₄О₆ + ОН^- → С₄Н₄О^2-₆ + К⁺ + Н₂О.

 

Реакцию следует проводить при охлаждении под стру­ей водопроводной воды, так как растворимость осадка гидротартрата калия КНС₄Н₄О₆ повышается при увеличе­нии температуры.

Для ускорения выпадения осадка стенки пробирки по­тирают стеклянной палочкой для образования центров кристаллизации.

Реакция протекает при больших концентрациях ионов калия К⁺ и является малочувствительной. Ионы аммония NH⁺₄ мешают определению ионов калия К⁺ из-за того, что тоже дают белый кристаллический осадок с этими реаген­тами и поэтому соли аммония предварительно разлагают при нагревании.

Реакция является фармакопейной.

2. Гексанитрокобальтат (III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆] в нейтральном или слабокислом растворе с ионом калия К⁺ дает желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III) калия-натрия:

 

2КС1 + Na₃[Co(NO₂)₆] = K₂Na[Co(NO₂)₆]↓ + 2NaCl;

2К⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- = K₂Na[Co(NO₂)₆]↓.

 

В щелочной среде реакцию обнаружения К⁺ проводить нельзя, так как в этой среде гексанитрокобальтат (III) на­трия разлагается с образованием гидроксида кобальта (III) бурого цвета:

 

Na₃[Co(NO₂)₆] + 3NaOH = Со(ОН)₃↓ + 6NaNO₂.

 

В сильных кислотах осадок K₂Na[Co(NO₂)₆] растворя­ется с образованием нестойкой кислоты гексанитрокобальтата (III) водорода H₃[Co(NO₂)₆].

Реакцию обнаружения ионов калия следует проводить в отсутствии ионов NH₄, так как последние дают аналогич­ный осадок с Na₃[Co(NO₂)₆]. Рассматриваемая реакция об­наружения иона калия более чувствительна, чем реакция с гидротартратом натрия и является также фармакопейной.

3. Окрашивание пламени. При выполнении этой реак­ции платиновую проволочку, впаянную в стеклянную па­лочку, смачивают хлороводородной кислотой и вносят в бесцветное пламя горелки. Прокаливают до тех пор, пока окрашивание пламени не прекратится. Затем раскален­ной проволокой касаются мелкого порошка или опускают ее в раствор соли калия и снова вносят в бесцветное пламя горелки. Если в образце или растворе присутствуют ионы калия, то пламя горелки окрашивается в фиолетовый цвет. Присутствие ничтожных следов натрия, окрашива­ющего пламя в желтый цвет, маскирует окраску.

Эта реакция используется при анализе фармацевтиче­ских препаратов.

Реакции обнаружения катиона натрия Na⁺

1. Гексагидроксостибиат калия K[Sb(OH)₆] образует с ионом натрия белый кристаллический осадок гексагид­роксостибиат (V) натрия:

 

NaCl + K[Sb(OH)₆] = Na[Sb(OH)₆]↓ + КСl;

Na⁺ + [Sb(OH)₆]^- = Na[Sb(OH)₆]↓.

 

Обнаружение иона Na⁺ с помощью гексагидроксостибиата (V) калия проводят в нейтральном или слабощелоч­ном растворе, так как кислоты разлагают реагент:

 

[Sb(OH)₆]^- + Н⁺ = HSbO₃↓ + 3Н₂О,

 

образуя белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты. Щелочи растворяют осадок Na[Sb(OH)₆] с образованием хорошо растворимой средней соли:

 

[Sb(OH)₆]^- + 2ОН^- = SbO^3-₄ + 3Н₂О.

 

Соли аммония, дающие в результате гидролиза кислую реакцию среды, также разлагают исходный реактив с об­разованием метасурьмяной кислоты. Поэтому добиваются отсутствия в растворе ионов NH⁺₄ до определения в нем ионов К⁺.

Для образования центров кристаллизации и скорейше­го выпадения осадка гексагидроксостибиата (V) натрия реакцию проводят при охлаждении и потирают стенки пробирки стеклянной палочкой.

2. Микрокристаллоскопическая реакция. Ацетат уранила UO₂(CH₃COO)₂ образует в уксуснокислой среде с солями натрия желтоватые кристаллы уранилацетата на­трия Na[(UO₂)(CH₃COO)₃]:

 

NaCl + UO₂(CH₃COO)₂ + СН₃СООН = Na[(UO₂)(CH₃COO)₃] + HC1.

 

При выполнении реакции раствор соли натрия выпари­вают досуха и обрабатывают ацетатом уранила. Выпав­шие кристаллы имеют форму желтоватых тетраэдров (или октаэдров) под микроскопом (рис. 8.1).

 

Рис. 8.1. Кристаллы уранилацетата натрия

 

Реакция используется в фармакопее.

3. Окрашивание пламени. Соли натрия окрашивают бесцветное пламя горелки в желтый цвет. Реакция очень характерна и является фармакопейной.

Установить присутствие натрия в исследуемом вещест­ве по окрашиванию бесцветного пламени можно только тогда, когда желтая окраска пламени сохраняется 25-30 с.

Реакции обнаружения катиона аммония NH⁺₄

1. Щелочи NaOH и КОН разрушают аммонийные соли с выделением аммиака:

 

NH₄Cl + NaOH = NaCl + Н₂О + NH₃↑.

 

Выделяющийся аммиак можно обнаружить с помощью влажной красной или фиолетовой лакмусовой бумажки. Образующиеся по реакции

 

NH₃ + Н₂О ↔ NH⁺₄ + ОН^-

 

гидроксид-ионы ОН^- изменяют окраску лакмуса в синий цвет. Подобную реакцию можно провести в газовой каме­ре (см. рис. 7.8). При большой концентрации выделяюще­гося аммиака его можно обнаружить и по запаху. Реакция фармакопейная.

2. Реактив Несслера (смесь K₂[HgI₄] и КОН). Этот реак­тив дает с аммонийными солями красно-бурый осадок:

 

 

При очень малых количествах солей аммония вместо осадка образуется желтый раствор; при большом их коли­честве — осадок растворяется. Реакция очень чувствитель­на. Ионы калия и натрия не мешают определению ионов аммония.