АНАЛИТИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ИОНОВ

В качественном анализе неорганических веществ преимущественно анализируются растворы солей, кислот, оснований, которые в водном растворе находятся в виде ионов. Поэтому химический анализ водных растворов электролитов сводится к открытию отдельных ионов, а не элементов или их соединений.

Качественный анализ неорганических веществ делится на качественный анализ катионов и качественный анализ анионов.

Для удобства обнаружения ионы делят на аналитические группы. Классификация ионов на аналитические группы основана на отношении ионов к действию групповых реагентов, на сходстве и различии растворимости образуемых ими соединений и на других признаках.

Систематический метод анализа называют по имени применяемого группового реагента.

Например. Для катионов выделяют сероводородный метод, групповым реагентом этого метода служит сульфид аммония (NH₄)₂S, сероводород H₂S в кислой среде.

Кислотно-основная классификация катионов

В нашем курсе рассматривается кислотно-основная классификация катионов, которая основана на действии кислот и оснований. По этой классификации (таблица 2) катионы II и IIIаналитических групп имеют групповой реагент разбавленную соляную HCl и серную H₂SO₄ кислоту соответственно. В IV аналитическую группу сведены катионы, образующие основания с амфотерными свойствами и растворяющиеся в избытке щелочи, которая является групповым реагентом на эту группу. V и VI аналитические группы имеют групповой реагент - концентрированный раствор (25%) аммиака. Катионы VI аналитической группы образуют с концентрированным раствором аммиака растворимые комплексные аммиакаты, а катионы V аналитической группы от действия концентрированного раствора аммиака образуют осадки гидроксидов.

Классификация анионов

Известно много классификаций анионов, но каждая имеет преимущества и недостатки.

Например, есть классификация анионов по их окислительно-восстановительным свойствам: анионы - окислители, анионы - восстановители, индифферентные анионы. Известна классификация анионов по действию катиона Ba²⁺: анионы, образующие осадок с катионом бария, и анионы, не образующие осадка с катионом бария.

Наша программа рассматривает классификацию анионов, которая основана на различной растворимости солей серебра, бария соответствующих анионов. Классификация анионов, рассматриваемых в данном курсе, представлена в таблице 3.

Групповым реагентом на I аналитическую группу анионов, в которую входят анионы SO₄^2-, CO₃^2-, PO₄^3-, SiO₃^2-, является соль бария (BaCl₂ или Ba(CH₃COO)₂). Катион Ba²⁺ c анионами I группы образует осадки белого цвета состава: BaSO₄, BaCO₃, Ba₃(PO₄)₂, BaSiO₃. Если проводить действие катионом Ba²⁺ в нейтральной среде, то образуются осадки всех анионов I группы. Если проводить эту реакцию в кислой среде, то выпадет осадок только BaSO₄, который не растворяется в кислотах. Осадки BaCO₃, Ba₃(PO₄)₂ растворяются в кислотах HCl, HNO₃, CH₃COOH. Осадок BaSiO₃ разлагается кислотой до H₂SiO₃ в виде геля.

Таблица 2

Аналитическая кислотно-основная классификация катионов.

 

 

Номер группы	Ионы	Характеристика группы	Групповой реагент	Характер получаемых соединений
I	K+, Na+, NH4+	Хлориды, сульфаты, основания растворимы в воде.	Не имеет	Раствор K+, Na+, NH4+
II	Ag+, Pb2+	Хлориды не растворимы в разбавленных кислотах.	2 М раствор HCl	Осадок белый AgCl PbCl2
III	Ca2+, Ba2+, (Pb2+)	Сульфаты не растворимы в кислотах.	1 М раствор H2SO4	Осадок белый CaSO4, BaSO4, (PbSO4)
IV	Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, (Sb3+)	Основания амфотерные и растворимы в избытке щелочи.	Избыток 4 М раствора щелочи (KOH, NaOH)	Растворы [Al(OH)4]- [Cr(OH)4]- [Zn(OH)4]2- [Sn(OH)3]- ([Sb(OH)4]-)
V	Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Sb3+	Основания не растворимы в избытке щелочи.	Избыток 25% раствора аммиака (NH3H2O)	Осадок Mg(OH)2 Mn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Sb(OH)3,(H3SbO3)
VI	Cu2+, Co2+, Ni2+	Растворимые комплексные аммиакаты	Избыток 25% раствора аммиака NH3H2O	Раствор [Cu(NH3)4]2+ [Co(NH3)6]2+ [Ni(NH3)6]2+

Групповым реагентом на II аналитическую группу анионов (Cl^-, S^2-) является AgNO₃ в присутствии HNO₃. Образуются осадки: AgCl - белого цвета, Ag₂S - черного цвета. Осадок AgCl не растворяется в кислотах, но растворим в концентрированном растворе аммиака с образованием бесцветного раствора комплексного соединения [Ag(NH₃)₂]Cl. Осадок Ag₂S не растворяется в аммиаке и холодной HNO₃, но растворяется в горячей HNO₃.

При действии AgNO₃ в нейтральной среде анионы I группы могут образовать белые осадки Ag₂SO₄, Ag₂CO₃, желтые осадки Ag₃PO₄, Ag₂SiO_3. Осадок Ag₂SO₄ выпадает из концентрированных растворов и растворяется в воде при разбавлении. Осадки карбоната, фосфата, силиката серебра растворяются в аммиаке, в азотной кислоте. Ag₂SiO₃ разлагается минеральной кислотой до H₂SiO₃.

Например. Растворение в аммиаке идет по уравнению:

Ag₂CO₃ + 4 NH₃ = 2 [Ag(NH₃)₂]⁺ + CO₃^2-

При действии AgNO₃ в кислой среде анионы I аналитической группы не образуют осадка

Редкие анионы VO₃^-, MoO₄^2-, WO₄^2- могут образовать осадки с катионами Ag⁺, Ba²⁺ состава Ag₂MoO₄ (белый), Ag₂WO₄ (белый), AgVO₃ (желтый), белого цвета осадки BaMoO₄,

BaWO₄, Ba(VO₃)₂. Молибдаты растворяются в щелочах, кислотах. Вольфраматы растворяются в щелочах и не растворяются в кислотах.

Анионы, как правило, открывают дробным методом в отдельных порциях раствора. Имеются реагенты, которые осаждают или действуют определенным образом на некоторые группы анионов (табл. 3).

Таблица 3

Аналитическая классификация анионов

 

Группа	Анионы	Групповой реагент	Получаемые соединения
I	SO42-, CO32-, PO43-,SiO32-	Раствор BaCl2	Осадки белого цвета BaSO4, BaCO3, Ba3(PO4)2, BaSiO3
II	Cl-, S2-	Раствор AgNO3 в присутствии HNO3	Осадки AgCl, Ag2S белый черный
III	NO3-	-	-
IV	MoO42-, WO42-, VO3-	Металл Zn, HCl концентрированная	Раствор синий, зеленый, фиолетовый W2O5, Mo2O5, VOCl2