АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ		ДОДАТКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ			УКЛАДАЧІ

РОЗДІЛ 2. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ НЕОРГАНІЧНИХ СПОЛУК

2.1 Загальні положення якісного аналізу

2.1.1. Методи якісного аналізу

2.1.2. Аналітичні реакції, їх чутливість та селективність

2.1.3. Дробний та систематичний аналіз

2.1.4. Лабораторний посуд та реактиви в якісному аналізі

2.2. Аналіз катіонів

2.2.1. Аналітична класифікація катіонів

2.2.1.1. Сірководневий метод класифікації катіонів

2.2.1.2. Амонійно-фосфатний метод класифікації катіонів

2.2.1.3. Кислотно-основна класифікація катіонів

2.2.2. Аналіз катіонів першої групи

2.2.2.1. Загальна характеристика катіонів першої групи

2.2.2.2. Реакції катіонів Na⁺

2.2.2.3. Реакції катіонів К⁺

2.2.2.4. Реакції катіонів NH₄⁺

2.2.2.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів першої групи

2.2.3. Аналіз катіонів другої групи

2.2.3.1. Загальна характеристика катіонів другої групи

2.2.3.2. Дія групового реагенту на катіони другої групи

2.2.3.3. Реакція катіонів Ag⁺

2.2.3.4. Реакція катіонів Pb²⁺

2.2.3.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів другої групи

2.2.4. Аналіз катіонів третьої групи

2.2.4.1. Загальна характеристика катіонів третьої групи

2.2.4.2. Дія групового реагенту на катіони третьої групи

2.2.4.3. Реакція катіонів Ba²⁺

2.2.4.4. Реакція катіонів Сa²⁺

2.2.4.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів третьої групи

2.2.5. Аналіз катіонів четвертої групи

2.2.5.1. Загальна характеристика катіонів четвертої групи

2.2.5.2. Дія групового реактиву на катіони четвертої групи

2.2.5.3. Реакція катіонів Zn²⁺

2.2.5.4. Реакція катіона Al ³⁺

2.2.5.5. Реакція катіона Cr³⁺

2.2.5.6. Систематичний хід аналізу суміші катіонів четвертої групи

2.2.6. Аналіз катіонів п’ятої групи

2.2.6.1. Загальна характеристика катіонів п’ятої групи

2.2.6.2. Дія групового реактиву на катіони п’ятої групи

2.2.6.3. Реакція катіона Mg²⁺

2.2.6.4. Реакція катіона Mn²⁺

2.2.6.5. Реакція катіона Fe²⁺

2.2.6.6. Реакція катіона Fe³⁺

2.2.6.7. Систематичний хід аналізу суміші катіонів п’ятої групи

2.2.7. Аналіз катіонів шостої групи

2.2.7.1. Загальна характеристика катіонів шостої групи

2.2.7.2. Дія групового реактиву на катіони шостої групи

2.2.7.3. Реакція катіона Сo²⁺

2.2.7.4. Реакція катіона Ni²⁺

2.2.7.5. Реакція катіона Сu²⁺

2.2.7.6. Систематичний хід аналізу суміші катіонів шостої групи

2.3. Аналіз аніонів

2.3.1. Аналітична класифікація аніонів

2.3.2. Аналіз аніонів першої групи

2.3.2.1. Загальна характеристика аніонів першої групи

2.3.2.2. Якісні реакції на аніони першої групи

2.3.2.3. Аналіз суміші аніонів першої групи

2.3.3. Аналіз аніонів другої групи

2.3.3.1. Загальна характеристика аніонів другої групи

2.3.3.2. Якісні реакції на аніони другої групи

2.3.3.3. Аналіз суміші аніонів другої групи

2.3.4. Аналіз аніонів третьої групи

2.3.4.1. Загальна характеристика аніонів третьої групи

2.3.4.2. Якісні реакції на аніони третьої групи

2.3.4.3. Аналіз суміші аніонів третьої групи

2.4. Аналіз невідомої речовини

2.4.1. Підготовка речовини до аналізу. Попередній аналіз

2.4.1.1. Підготовка речовини до аналізу

2.4.1.2. Попередні дослідження невідомої речовини

2.4.2. Систематичний хід аналізу катіонів та суміші аніонів

2.4.2.1. Виявлення катіонів у розчині

2.4.2.2. Виявлення аніонів у розчині

2.1 Загальні положення якісного аналізу

2.1.1. Методи якісного аналізу

Завдання якісного аналізу – визначення, з яких атомів, елементів, йонів, функціональних груп складається проба.

Для виконання якісного аналізу використовують такі хімічні реакції, які супроводжуються характерним зовнішнім ефектом:

► утворенням осаду;

► виділенням газу;

► зміною забарвлення розчину;

► появою характерного запаху;

► зміною агрегатного стану речовини.

Рис.2.1. Зовнішній ефект хімічних реакцій:
а) утворення осаду;	б) виділення газу;	в) зміна забарвлення розчину;	в) поява характерного запаху;	г) розчинення осаду

Розв’язання аналітичної задачі здійснюється шляхом виконання аналізу речовини. За термінологією IUPAC під аналізом розуміють добування дослідним шляхом даних про хімічний склад речовини. Аналіз складається з декількох стадій (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схематичне відображення понять

«метод аналізу» та «методика аналізу»

Результат аналізу може бути правильним тільки в тому випадку, якщо проба була представницькою, тобто точно відображала склад об’єкта, з якого вона була відібрана. Для виконання аналізу вибирають зазвичай невелику порцію речовини, яка залежить від обраної методики аналізу.

Рис. 2.3. Відбір проб для аналізу

Залежно від кількості досліджуваної речовини, об’єму розчину методи аналізу класифікують так (табл. 2.1).

Таблиця 2.1

Класифікація методів аналізу за розміром проби

Назва методу		Кількість проби речовини
Традиційна	Рекомендована IUPAC	Маса, г	Об'єм, см^3
Макрометод	Грам-метод	1 – 10	1 – 100
Напівмакрометод	Сантиграм-метод	0,05 – 0,50	1 – 10
Мікрометод	Міліграм-метод	10^-6 – 10^-3	10^-4 – 10^-1
Ультрамікрометод	Мікрограм-метод	10^-9 – 10^-6	10^-6 – 10^-4
Субмікрометод	Нанограм-метод	10^-12 – 10^-9	10^-10 – 10^-6
Субультрамікрометод	Пікограм-метод	< 10^-12

За способом проведення аналітичні реакції виконують «сухим» та «мокрим» методами.

Рис. 2.4. Способи виконання значних реакцій

У разі виконання аналізу сухим методом зразок речовини вносять в аналітичну частину полум’я пальника й за зміною кольору полум’я роблять висновок про наявність певного йона. Наприклад: Натрій – жовтий колір; Калій – фіолетовий колір; Кальцій – рожево-червоний колір; Барій – блідо-зелений колір; Купрум – зелений колір.

Рис. 2.5. Виконання аналізу сухим методом

Рис. 2.6. Забарвлення полум’я катіонами металів

До сухих методів відносять утворення забарвлених перлів бури з катіонами різних металів та розтирання сухих сумішей досліджуваної речовини та реагенту.

Рис. 2.7. Утворення забарвлених перлів бури катіонами Со^2+

Проводити реакції мокрим методом запропонував у 1920 році М. О. Тананаєв, використовуючи крапельні реакції, що відбуваються з утворенням осадів та забарвлених сполук.

Рис. 2.8. Микола Олександрович Тананаєв, хімік-аналітик, професор, доктор хімічних наук

Такі реакції проводять на пластинках, фільтрувальному папері та у мікропробірках.

Рис. 2.9. Крапельний аналіз

2.1.2. Аналітичні реакції, їх чутливість та селективність

Аналітичною (якісною) реакцією називають хімічну реакцію, що супроводжується певним аналітичним ефектом за рахунок продуктів реакції, що мають певні властивості.

У хімічних методах якісного аналізу елемент, що його визначають, чи йон переводять у будь-яку сполуку, яка має характерні властивості, за якими можна встановити, що утворилась саме ця сполука. У якісному аналізі використовують характерні аналітичні реакції, що супроводжуються певним зовнішнім аналітичним ефектом – появою або зникненням забарвлення, осаду, характерного запаху, зміною агрегатного стану речовини.

Не всі хімічні реакції можуть задовольняти вимоги, які дають їм право вважатися аналітичними.

Вимоги до аналітичних реакції:

► мають відбуватися з високою швидкістю, майже миттєво;

► відбуватися до кінця (бути необоротними);

► супроводжуватися зовнішнім ефектом (зміною забарвлення, виділенням осаду, утворенням газу);

► відрізнятися високою чутливістю та специфічністю.

Чутливість реакції характеризується найменшою кількістю речовини, яку можна визначити за допомогою цієї хімічної реакції або кількісно визначити цим методом.

Що меншу кількість йонів можна визначити за допомогою хімічної реакції, то вона більш чутлива. Кількісно чутливість реакції характеризується відкриваним мінімумом (межею визначення).

Відкриваний мінімум – це найменша маса речовини, що може бути визначена за допомогою якісної реакції в мінімальному об’ємі рідини. Цю величину виражають у мікрограмах (10^-6 г).

Реакції поділяють на специфічні та селективні.

Специфічною називають аналітичну реакцію, на перебіг якої не впливають сторонні йони.

Наприклад, якісною реакцією на йони амонію є взаємодія з лугом:

Ця реакція відбувається в присутності інших йонів, тобто вони їй не заважають. Але є дуже багато хімічних реакцій, перебігу яких інші йони заважають. Наприклад, йони заважають відкривати йони Na⁺, тому ці йони відокремлюють або маскують.

Селективними називають аналітичні реакції, що дають схожий зовнішній ефект з декількома йонами.

Наприклад, амоній оксалат утворює білі осади з катіонами Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺:

Рис. 2.10. Білий осад кальцій оксалату

Що менша кількість таких йонів, то більш виражена селективність реакції.

Умови перебігу аналітичних реакцій

►1. Температура розчину

Деякі якісні реакції вимагають нагрівання реакційної суміші, а деякі виконують за охолодження, наприклад під струмом холодної води. Вважається, що такі реакції ведуть «на холоді».

Рис. 2.11. Нагрівання та охолодження реакційної суміші

►2. Концентрація реагуючих речовин

Якщо концентрація речовин дуже мала, йон може не давати аналітичного ефекту, тому при цьому слід враховувати відкриваний мінімум.

Рис. 2.12. Розчини різної концентрації

►3. Реакція середовища

Реакція середовища (рН) є важливим чинником, який слід враховувати під час проведення якісних реакцій.

Рис. 2.13. Водневий показник (рН-чинник)

Наприклад, йон Ca²⁺ не можна відкрити амоній оксалатом в присутності сильної кислоти. А білий осад AgCl добре розчиняється в амоніачному розчині.

2.1.3. Дробний та систематичний аналіз

У якісному аналізі є небагато специфічних реакцій тому для виявлення йонів застосовують вибіркові, або селективні, реакції, які вимагають усунення впливу інших речовин, що заважають визначенню. Цього досягають розділенням суміші йонів на певні групи, і це розділення виконують так, щоб йони, що заважають виявленню інших, потрапили в різні групи. Залежно від способу виконання реакцій виявлення йонів розрізняють дробний та систематичний методи аналізу.

Дробним аналізом називають визначення йонів за допомогою специфічних реакцій в окремих порціях досліджуваного розчину, яке виконують у будь-якій послідовності.

Рис. 2.14. Дробний аналіз

Дробний аналіз набув застосування в промислових та агрохімічних лабораторіях, особливо в тих випадках, коли склад об’єкта дослідження відомий і вимагає лише підтвердження. Якщо вплив сторонніх йонів значний або склад речовини зовсім невідомий – виконують систематичний аналіз.

Систематичний аналіз – це певна послідовність аналітичних операцій, за якої кожний йон визначають лише після того, як будуть визначені й відокремлені йони, що заважають його визначенню.

Наприклад, у розчині містяться йони Ca²⁺ і Ba²⁺. Катіон Ca²⁺ визначають за реакцією утворення білого осаду кальцій оксалату:

Ця реакція достатньо чутлива, але не специфічна. Йони Ba²⁺ дають аналогічний осад. Тому перш ніж визначати катіони Ca²⁺, необхідно визначити в розчині катіони Ba²⁺, наприклад за реакцією:

Після цього йони Ba²⁺ відокремлюють надлишком реактиву-осаджувача (K₂CrO₄) і тільки потім визначають у розчині катіони Ca²⁺.

2.1.4. Лабораторний посуд та реактиви в якісному аналізі

У лабораторії якісного аналізу для проведення аналітичних операцій користуються різними видами хімічного посуду та обладнання.

Штатив з набором реактивів у реактивних склянках має всі необхідні розчини реактивів та сухі речовини для проведення аналізу напівмікрометодом. Зручно користуватись склянками об’ємом 20-50 мл. Вони містять піпетки, що дозволяє проводити реакції крапельним методом. Такі склянки розміщують у визначеному порядку в штативі для реактивів. Кожен такий штатив є стаціонарним на робочому місці й служить для індивідуальної роботи. Реактиви, що швидко розкладаються під час зберігання, отруйні, ті, що мають неприємний запах, концентровані кислоти та розчин амоніаку зберігають у спеціальних склянках з ковпачком під витяжною шафою.

Рис.2.15. Штатив з набором реактивів (а), склянка з ковпачком (б)
а)		б)

Для реактивів спеціального призначення, індикаторів, розчину крохмалю, органічних реагентів використовують крапельниці Страшейна та Шустера.

Рис. 2.16. Крапельниці:
а) Страшейна;	б) Шустера

Для проведення аналітичних реакцій користуються пробірками. Пробірки бувають звичайні та центрифужні.

а)

б)

Рис. 2.17. Пробірки: а) звичайні, б) центрифужні

Для проведення крапельних реакцій зручно користуватися годинниковим склом, предметним склом та фарфоровими пластинками для крапельних реакцій.

Рис. 2.18. Посуд для крапельних реакцій:
а) годинникове скло;	б) предметне скло;	в) фарфорова пластинка

Для промивання осадів користуються пластиковими або скляними промивалками.

Рис. 2.19. Промивалки:
а) скляна;	б) пластикові

Нагрівальні прилади

Для нагрівання речовин та для виконання реакцій забарвлення полум’я використовують спиртівки, газові пальники Бунзена та Теклю.

Рис. 2.20. Нагрівальні прилади:
а) спиртівка;	б) пальник Бунзена;	в) пальник Теклю

Лабораторний посуд має бути ретельно вимитий, промитий проточною та дистильованою водою й висушений. Від чистоти хімічного посуду та реактивів значно залежать результати аналізу.

Хімічні реактиви для проведення аналізу розрізняють за ступенем чистоти (табл. 2.2).

Таблиця 2.2

Класифікація реактивів за ступенем чистоти

Марка реактиву	Позначення	Вміст основної речовини, %	Вміст домішок,%
Технічний	т.	< 95	-
Чистий	ч.	> 98	-
Чистий для аналізу	ч.д.а.	> 99	-
Хімічно чистий	х.ч.	99,9	-
Спектрально чистий	сп.ч.	> 99,9	10^-3…10^-5
Особливо чистий	ос.ч.	> 99,9	10^-5…10^-10

Вимоги до чистоти хімічних реактивів регламентує державний стандарт. Майже всі реактиви, що їх застосовують для аналізу, повинні мати марку ч.д.а. або х.ч.

Контрольні питання

1. Які хімічні реакції можуть використовуватися для виконання якісного аналізу?

2. Яким шляхом розв’язують аналітичну задачу?

3. Визначити та пояснити вимоги до аналітичних реакцій.

4. Які якісні реакції є специфічними?

5. Які умови впливають на перебіг аналітичних реакцій та слід враховувати під час якісного аналізу?

6. Що покладено в основу виявлення йонів дробним аналізом та які межі його застосування?

7. Яким способом виконують виявлення йонів невідомої речовини?

8. Як зберігають у лабораторії отруйні реактиви та ті, що мають неприємний запах?

9. Які вимоги висуваються до чистоти лабораторного посуду, який використовують у аналітичних лабораторіях?

10. Яку марку повинні мати реактиви, що їх застосовують для аналізу?

2.2. Аналіз катіонів

2.2.1. Аналітична класифікація катіонів

2.2.1.1. Сірководневий метод класифікації катіонів

Для систематичного аналізу застосовують декілька методів класифікації катіонів: сірководневий, амоніачно-фосфатний, кислотно-основний.

Історично першим був сірководневий метод аналізу, запропонований в 1871 році М. О. Меншуткіним.

Рис. 2.21. Микола Олександрович Меншуткін, видатний хімік-аналітик

В основу розділення катіонів на аналітичні групи в цьому методі покладено різну розчинність сульфідів катіонів залежно від рН середовища (табл. 2.3).

Таблиця 2.3

Класифікація катіонів за сірководневим методом

Гру-па	Катіони	Груповий реагент	Розчинність сполук
I	NH4^+, K^+, Na^+, Mg^2+	Немає	Усі солі й основи, розчинні у воді (крім Mg^2+)
II	Ba^2+, Sr^2+, Ca^2+	(NH4)2CO3, NH3× Н2О + NH4Сl	Карбонати, не розчиняються у воді
III	Al^3+, Cr^3+, Fe^2+, Fe^3+, Mn^2+, Co^2+, Ni^2+, Zn^2+	(NH4)2S NH3× Н2О + NH4Сl	Сульфіди, не розчиняються у воді, але розчиняються у розведених кислотах
IV	Cu^2+, Hg^2+, Bi^3+, Sn (II, IV), As (III, V), Sb (III,V)	H2S, HСl	Сульфіди, не розчиняються у воді й розведених кислотах
V	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	HСl	Хлориди, не розчиняються у воді й розведених кислотах

Як групові реагенти в сірководневому методі використовують амоній карбонат, амоній сульфід, хлоридну кислоту, сірководень та амоній полісульфід. У процесі аналізу для осадження застосовують й інші речовини – сульфатну кислоту, луг, амоніак, хромат-, фосфат-йони, натрій тіосульфат та ін. Головним недоліком цього методу є застосування високотоксичного сірководню.

Рис. 2.22. Симптоми отруєння сірководнем

2.2.1.2. Амонійно-фосфатний метод класифікації катіонів

Через отруйність сірководню останнім часом частіше застосовують амонійно-фосфатний метод, який ґрунтується на різній розчинності фосфатів катіонів (табл. 2.4). Корисно під час аналізу об’єктів, що містять фосфат-іон (ґрунту, добрива) без його попереднього відділення.

Таблиця 2.4

Класифікація катіонів за амонійно-фосфатним методом

Гру-па	Катіони	Груповий реагент	Розчинність сполук
I	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	HСl	Хлориди, не розчиняються у воді
II	Sn (II, IV), Sb (III,V)	HNО3	Метасурм’яна і метаолов’яна кислоти, не розчиняються у воді
III	Ba^2+, Sr^2+, Ca^2+ Mg^2+, Mn^2+, Fe^2+, Al^3+, Cr^3+, Fe^3+	(NH4)2HPO4, конц. NH3× Н2О	Фосфати, не розчиняються у воді і у надлишку амоніаку
IV	Cu^2+, Cd^2+, Hg^2+, Co^2+, Ni^2+, Zn^2+	(NH4)2HPO4, конц. NH3× Н2О	Фосфати, не розчиняються у воді, але розчиняються у надлишку амоніаку
V	Na^+, K^+, NH4^+	Немає	Хлориди, нітрати і фосфати, розчиняються у воді

2.2.1.3. Кислотно-основна класифікація катіонів

Кислотно-основний метод базується на різній розчинності гідроксидів і деяких солей, утворених цими катіонами й сильними кислотами (табл. 2.5).

Таблиця 2.5

Поділ катіонів на аналітичні групи за кислотно-основною класифікацією

Група катіонів	Катіони	Груповий реагент	Характеристика групи
I	K^+,Na^+,NH4^+	немає	Солі й основи, добре розчинні у воді
II	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	розчин HCl	Хлориди, не розчинні у воді
III	Ba^2+, Ca^2+, Sr^2+	розчин H2SO4	Сульфати, не розчинні у воді
IV	Al^3+, Cr^3+, Zn^2+, Sn^2+, Sn^4+, As^3+, As^5+	надлишок розчину NaOH	Амфотерні гідроксиди, розчинні у надлишку лугу
V	Mg^2+, Mn^2+, Fe^2+, Fe^3+, Bi^3+, Sb^3+, Sb^5+	надлишок розчину NH3	Гідроксиди, розчинні у надлишку NaOH і NH4OH
VI	Co^2+, Ni^2+, Cd^2+, Cu^2+, Hg^2+	надлишок розчину NH3	Гідроксиди, розчинні у надлишку NH4OH

Систематичний аналіз починають з попередніх випробувань, які виконують переважно сухим способом з подальшим розчиненням проби й визначенням деяких катіонів (NH₄⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ і т.д.) специфічними реакціями. Потім дією К₂СО₃ або Na₂СО₃ на окремі порції розчину осаджують у вигляді оксидів, гідроксидів, карбонатів і основних солей катіони ІІ-VI груп), а в аналізованому розчині визначають іони Na⁺ і K⁺, спочатку нейтралізувавши його за допомогою розчину CH₃COOH. З окремої порції аналізованого розчину осаджують катіони ІІ аналітичної групи дією розчином хлоридної кислоти з концентрацією 2 моль/л. З отриманої порції центрифугату осаджують катіони ІІІ аналітичної групи розчином сульфатної кислоти з концентрацією 1 моль/л у присутності 3 % Н₂О₂. При цьому гідроксиди катіонів V і VI груп випадають в осад, а катіони І, IV груп залишаються у розчині. Гідроксиди катіонів V і VI груп розділяють дією надлишку розчину аміаку, які переводять гідроксиди катіонів VI аналітичної групи в розчинні амоніакати.

Груповий реагент – це речовина, яку використовують для відкриття аналітичної групи й відокремлення катіонів цієї групи від катіонів інших аналітичних груп.

Рис. 2. 23. Групові реагенти на катіони за кислотно-основною класифікацією

Найбільш поширені катіони-представники відповідних аналітичних груп (табл. 2.6).

Таблиця 2.6

Спрощена класифікація катіонів на аналітичні групи

за кислотно-основною класифікацією

Група катіонів	Катіони	Груповий реагент	Характеристика одержаних сполук
I	K^+, Na^+, NH4^+	Немає	-
II	Ag^+, Pb^2+	Розчин HCl	Осад AgCl, PbCl2
III	Ba^2+, Ca^2+	Розчин H2SO4	Осад BaSO4, CaSO4
IV	Al^3+, Cr^3+, Zn^2+	Надлишок розчину NaOH	Фільтрат AlO2^-, CrO2^-, ZnO2^2-
V	Mg^2+, Mn^2+, Fe^2+, Fe^3+	Надлишок розчину NH3	Осад Mg(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3
VI	Co^2+, Ni^2+, Cu^2+	Надлишок розчину NH3	Фільтрат [Cu(NH3)4]^2+-, [Co(NH3)4]^2+, [Ni(NH3)4]^2+

Контрольні питання

1. Який метод аналізу катіонів є одним з найбільш старих і обґрунтованих?

2. Що покладено в основу розділення катіонів на аналітичні групи за сірководневим методом?

3. Чому сірководневий метод не використовують в якісному аналізі катіонів?

4. На чому ґрунтується амонійно-фосфатний метод аналізу катіонів?

5. Яка група катіонів за кислотно-основною класифікацією не має групового реагенту?

6. З чого починається систематичний аналіз суміші катіонів за кислотно-основною класифікацією?

7. Яке призначення групового реагенту?

2.2.2. Аналіз катіонів першої групи

2.2.2. 1. Загальна характеристика катіонів першої групи

До першої групи катіонів входять Na⁺, K⁺, NH₄⁺. Жоден із цих катіонів не осаджується ні кислотами, ні лугами. Ця група катіонів не має групового реагенту, який би мав можливість відокремлювати катіони цієї групи від інших. Усі катіони цієї групи безбарвні, а забарвлення їх солей може бути зумовлено лише аніоном.

Рис. 2.24. Кольорові солі Калію:
а) калій хромат;	б) калій дихромат;	в) калій перманганат

Усі солі цих катіонів розчинні, а гідроксиди є лугами, крім амоній гідроксиду, який є розчинною, але слабкою основою. Важливою особливістю солей амонію є розкладання під час нагрівання:

https://www.youtube.com/watch?v=OG34NcD5XOo

Цю властивість застосовують для видалення йонів амонію і відокремлення їх від катіонів Na⁺, K⁺.

Катіони першої групи відіграють важливу роль у біохімічних процесах. Так, сполука катіону Na⁺ – кухонна сіль – необхідна добавка до їжі, а 0,9% розчин NaCl є фізіологічним розчином, а також використовується як засіб, що запобігає псуванню багатьох продуктів харчування. Солі Калію та Натрію входять до складу молока. Натрій гідрокарбонат NaHCO₃ (харчова сода), амоній карбонат (NH₄)₂CO₃ (розпушувач тіста) використовують у кондитерському та борошняному виробництвах. Солі Амонію та амоніак утворюються під час гниття білкових речовин, наявність яких свідчить про псування продуктів.

Рис.2.25. Сполуки Натрію:
а) NaCl;	б) фізіологічний розчин NaCl;	в) NaHCO3;	г) (NH4)2CO3

Катіони першої групи здатні змінювати забарвлення полум’я, що застосовують для попереднього їх визначення.

а)

б)

Рис.2.26. Забарвлення полум’я солями: а) катіонів Na^+; б) катіонів К^+

2.2.2.2. Реакції катіонів Na⁺

1. Забарвлення полум’я

Солі Натрію забарвлюють безбарвне полум’я в інтенсивно-жовтий колір. Для цього беруть платинову дротинку, що впаяна в скляну паличку, і прожарюють її в полум’ї, доки воно не забарвлюватиметься. Інколи доводиться занурювати дротинку в розчин хлоридної кислоти й знову її прожарювати. Очищену дротинку занурюють у розчин солі Натрію і в полум’я. Полум’я набуває жовтого кольору.

https://www.youtube.com/watch?v=DV4SqmLs3Kc

2. Реакція з калій дигідрогенантимонатом

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Натрію (NaCl) і 2-3 краплі розчину KH₂SbO₄ (у літературі трапляється формула K[Sb(OH)₆]). Для прискорення реакції суміш охолоджують під струменем води й потирають скляною паличкою по внутрішніх стінках пробірки. Спостерігають утворення білого дрібнокристалічного осаду:

Йони NH₄⁺ заважають цій реакції, оскільки утворюють схожий на вигляд осад. Кислоти також заважають проведенню цієї реакції, оскільки розкладають реактив з утворенням білого осаду матасурм’яної кислоти.

2.2.2.3. Реакції катіонів К⁺

1. Забарвлення полум’я

Реакцію проводять аналогічно, як із солями Натрію. Катіони K⁺ забарвлюють полум’я у фіолетовий колір. Майже незначна кількість солей Na⁺ заважає дослідженню, тому за кольором полум’я спостерігають через сине кобальтове скло.

https://www.youtube.com/watch?v=DV4SqmLs3Kc

2. Реакція з натрій гексанітрокобальтатом(ІІІ)

До 2-3 крапель розчину солі Калію додають свіжий реактив . Утворюється жовтий дрібнокристалічний осад:

https://www.youtube.com/watch?v=figXMTtTUSU

Реакція достатньо чутлива, але важливо дотримуватися умов її проведення: рН=7, свіжовиготовлений реактив і відсутність йонів амонію, які заважають реакції.

3. Реакція з натрій гідрогентартратом

До 4-5 крапель солі Калію додають таку саме кількість реактиву . Суміш охолоджують під струмом води й потирають скляною паличкою по внутрішніх стінках пробірки. Утворюється білий дрібнокристалічний осад:

https://www.youtube.com/watch?v=-9hyo-N8Y4Y&t=6s

Реакцію слід проводити в нейтральному середовищі, оскільки луги і кислоти заважають утворенню осаду. Присутність солей амонію заважає реакції, оскільки утворюється аналогічний осад.

2.2.2.4. Реакція катіонів

1. Реакція з лугами

До 2-3 крапель розчину солі амонію додають 3-4 краплі розчину NaOH або KOH. Суміш обережно нагрівають. Смужку вологого фенолфталеїнового або лакмусового папірця тримають біля отвору пробірки, не торкаючись її. Фенолфталеїновий папірець набуває рожевого забарвлення, а лакмусовий – синього:

https://www.youtube.com/watch?v=9eMuTT93IaE&t=2s

Ця реакція селективна і специфічна.

2. Реакція з реактивом Несслера

Реактив Несслера – суміш комплексної сполуки Меркурію – калій тетрайодомеркурту (ІІ) з калій гідроксидом . 1 краплю солі амонію наносять на годинникове скло або на внутрішню стінку пробірки. Додають 2-3 краплі реактиву Несслера. Утворюється червоно-бурий осад оксодимеркурамоній йодиду, який має таку будову:

https://www.youtube.com/watch?v=yG7g-A-BzRM

Реакція дуже чутлива й показує навіть випадкові домішки .

2.2.2.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів першої групи

Під час аналізу катіонів першої групи насамперед визначають присутність йонів . Якщо вони присутні, то перед тим, як відкривати катіони Na⁺ і K⁺, йони потрібно видалити. Для цього частину досліджуваного розчину переносять у фарфоровий тигель і випаровують насухо. Залишок прожарюють до повного видалення йонів (проба з реактивом Несслера). Сухий залишок охолоджують і розчиняють у 10 краплях води.

В отриманому розчині визначають катіони Na⁺і K⁺ за допомогою характерних реакції.

Рис. 2.27. Схема аналізу суміші катіонів першої групи

Контрольні питання

1. Які катіони належать до першої групи?

2. Чому катіони першої групи не мають групового реагенту?

3. Яке значення мають катіони першої групи в біохімічних процесах?

4. Які властивості амонійних солей дозволяють відокремити катіон Амонію від катіонів Калію та Натрію?

5. Чому якісну реакцію на катіон K⁺ з натрій гідрогентартратом проводять в нейтральному середовищі?

Контрольні вправи

1. Чому йони амонію заважають виявленню йонів калію і натрію? Запропонувати способи видалення йонів амонію. Відповідь підтвердити рівняннями відповідних реакцій.

2. Якщо в розчині присутні водночас катіони Калію та Амонію, то чи можна відкрити катіон Калію першим за допомогою характерних реакцій? Відповідь підтвердити рівняннями реакцій.

3. У разі дії на досліджуваний розчин розчину лугу під час нагрівання виділяється газ, який змінює забарвлення червоного вологого лакмусового папірця на синій. Це свідчить про присутність у розчині якого катіону? Відповідь підтвердити відповідними рівняннями реакції.

4. Запропонувати якісну реакцію для виявлення в м’ясному фарші зв’язаного амоніаку, як продукту розпаду білка. Скласти відповідні рівняння реакції.

5. Запропонувати хід аналізу розчину який містить йони ОН^-, Na⁺, .

2.2.3. Аналіз катіонів другої групи

2.2.3.1. Загальна характеристика катіонів другої групи

До другої групи катіонів належать Ag⁺, Pb²⁺. Катіони цієї групи легко відокремлюються від інших груп дією на них груповим реагентом – хлоридною кислотою.

Катіони другої групи не мають забарвлення. Більшість їх солей малорозчинні. Найбільш поширеною розчинною сіллю, утвореною катіоном Аргентуму, є , а Плюмбуму – та .

Рис.2.28. Солі катіонів Аргентуму та Плюмбуму:
а) ;	б) ;	в)

Ці солі отруйні. Арґентум нітрат AgNO₃ використовують для визначення вмісту кухонної солі у котлетній масі, у рибі до та після вимочування, у кондитерських виробах. Солі Плюмбуму використовують для визначення свіжості м’яса та м’ясних напівфабрикатів. Присутність навіть незначної кількості катіонів Pb²⁺ має руйнівну дію на вітамін С.

Катіон Pb²⁺ під дією лугів утворює малорозчинну основу

https://www.youtube.com/watch?v=NZL-LfwK3Nc

У разі дії лугу (NaOH, KOH) на катіони Ag⁺ утворюється арґентум (І) оксид:

2.2.3.2. Дія групового реагенту на катіони другої групи

Груповий реагент ‒ розчин HCl з концентрацією 2 моль/л осаджує катіони другої групи у вигляді білих осадів:

а)

б)

Рис 2.29. Осади катіонів Ag^+ та Pb^2+ з груповим реагентом: а) AgCl2; б)

За нагрівання до температури 100 °C розчинність зростає втричі. Цю властивість застосовують для відокремлення катіонів Pb²⁺ від катіонів Ag⁺. Осад арґентум хлориду розчиняється в розведеному розчині амоніаку.

2.2.3.3. Реакція катіонів Ag⁺

1. Реакція з хлоридною кислотою (або хлоридами)

До 3-4 крапель солі додають стільки ж розчину HCl з концентрацією 2 моль/л. Утворюється білий сирний осад:

Осад не розчиняється в розведених нітратній та сульфатній кислотах, але добре розчиняється у водному розчині амоніаку:

Нітратна кислота руйнує цей комплекс, і арґентум хлорид знову випадає в осад:

https://www.youtube.com/watch?v=S0Nx708aHgQ

2. Реакція з калій хроматом

У пробірку вносять 3-4 краплі солі і 2-3 краплі розчину калій хромату. Утворюється цегляно-червоний осад арґентум хромату:

https://www.youtube.com/watch?v=M7eitlaNtDk

2.2.3.4. Реакція катіонів Pb²⁺

1. Реакція з хлоридною кислотою (хлоридами)

До 3-4 крапель розчину солі Плюмбуму (ІІ) додають стільки ж крапель розчину HCl з концентрацією 2 моль/л. Утворюється білий осад, який розчиняється в лугах та гарячій воді. Реакції заважають йони Ag⁺:

https://www.youtube.com/watch?v=wy60KSf7ndk

2. Реакція з калій йодидом

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Плюмбуму і таку саму кількість розчину калій йодиду. Спостерігають утворення жовтого осаду. До осаду додають невелику кількість води й розчин ацетатної кислоти з концентрацією 2 моль/л. Суміш нагрівають до повного розчинення осаду. У разі охолодження осаду під струменем холодної води осад з’являється у вигляді блискучих золотистих кристалів, так званий «золотий дощ»:

https://www.youtube.com/watch?v=YSe6uvENy4E

3. Реакція із сульфатною кислотою

До 3-4 крапель розчину солі Плюмбуму додають стільки ж розчину сульфатної кислоти з концентрацією 2 моль/л. Утворюється білий осад плюмбум(ІІ) сульфату, який не розчиняється в кислотах:

4. Реакція з калій хроматом

До 3-4 крапель розчину солі Плюмбуму додають таку саму кількість розчину калій хромату. Утворюється жовтий осад плюмбум(ІІ) хромату:

Осад розчиняється в концентрованих розчинах лугів з утворенням плюмбітів.

https://www.youtube.com/watch?v=D1Whkt-SV1M

2.2.3.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів другої групи

Під час аналізу суміші катіонів другої групи поступово видаляють кожний катіон із суміші.

1. У пробірку вносять 0,5 мл досліджуваного розчину й додають розчин HCl з концентрацією 2 моль/л до повного осадження хлоридів. Осад відділяють центрифугуванням і промивають холодною водою.

2. Промитий осад обробляють гарячою водою, при цьому катіони Pb²⁺ переходять у розчин. Осад арґентум хлориду відцентрифуговують.

3. У розчині визначають катіони Pb²⁺ за допомогою характерних реакцій.

4. До осаду, що містить катіони Ag⁺, додають розчин амоніаку. Осад арґентум хлориду розчиняється.

5. До амоніачного комплексу Арґентуму додають нітратну кислоту. Комплекс руйнується і утворюється білий осад арґентум хлориду.

Рис. 2.30. Схема аналізу суміші катіонів другої групи

Контрольні питання

1. Які катіони належать до другої групи?

2. Чим небезпечні солі катіонів другої групи для організмів?

3. Який груповий реагент для катіонів другої групи?

4. Пояснити, як використовують в аналізі розчинність хлоридів катіонів другої групи у воді.

5. Як відокремлюють осад арґентум хлориду під час аналізу суміші катіонів другої аналітичної групи?

Контрольні вправи

1. Під час ідентифікації катіонів Ag⁺ на розчин подіяли хлоридною кислотою, а потім розчином амоніаку. Пояснити, що при цьому відбулося, склавши відповідні рівняння реакцій.

2. До досліджуваного розчину додали розчин КІ. Випав золотисто-жовтий осад, який розчиняється в гарячій воді, надлишку реагенту і в ацетатній кислоті. Про присутність якого катіону у розчині свідчить цей аналітичний ефект? Відповідь підтвердить рівняннями реакцій.

3. Під час додавання до розчину, що містить катіон другої групи, калій хромату утворився цегляно-червоний осад. Визначити, який катіон є в розчині та скласти відповідні рівняння реакції.

4. Під час аналізу розчину невідомої речовини з калій хроматом випав жовтий осад, який розчиняється в концентрованому розчині лугу. Пояснити аналітичний ефект за допомогою відповідних рівнянь реакцій.

5. Скласти рівняння реакції утворення плюмбум(ІІ) сульфату, пояснити умови його утворення.

2.2.4. Аналіз катіонів третьої групи

2.2.4.1. Загальна характеристика катіонів третьої групи

До третьої групи катіонів входять Ba²⁺, Ca²⁺. Ці катіони безбарвні.

Рис. 2.31. Солі катіонів Барію та Кальцію:
а) BaSO4;	б) BaCl2;	в) CaSO4;	г) CaCl2

Для цих катіонів характерні луги Ba(OH)₂ та Ca(OH)₂.

а)

б)

Рис. 2.32. Гідроксиди барію, кальцію: а) Ba(OH)2; б) Ca(OH)2

Йони Ba²⁺ отруйні. Йони Ca²⁺ входять до складу багатьох продуктів харчування. Свіже молоко містить 0,12 % Кальцію.

2.2.4.2. Дія групового реагенту на катіони третьої групи

Груповим реактивом на катіони ІІІ групи є розведена сульфатна кислота. Вона утворює білі осади за взаємодії з катіонами Ba²⁺, Ca²⁺:

а)

б)

Рис. 2.33. Осади катіонів Ba^2+та Ca^2+ з груповим реагентом: а) барій сульфат; б) кальцій сульфат

Кальцій сульфат є найбільш розчинним, а барій сульфат – найменш розчинним.

2.2.4.3. Реакція катіонів Ba²⁺

1. Реакція забарвлення полум’я

Солі Барію забарвлюють полум’я спиртівки в жовто-зелений колір. Для проведення досліду кілька кристалів солей Барію вносять в аналітичну частину полум’я за допомогою платинової дротинки.

https://www.youtube.com/watch?v=DV4SqmLs3Kc&t=2s

2. Реакція із сульфатною кислотою

До 3-4 крапель солі Барію додають 1-2 краплі розчину сульфатної кислоти (або натрій сульфату). Утворюється білий осад, що не розчиняється ні в кислотах, ні в лугах:

https://www.youtube.com/watch?v=mdL-8mVTU70

3. Реакція з калій хроматом

До 3-4 крапель солі Барію додають таку саму кількість розчину калій хромату. Утворюється жовтий осад барій хромату. Для досягнення повноти осадження катіонів Ba²⁺ до реакційної суміші додають надлишок натрій ацетату. Якщо в розчині є сильна кислота, то вона буде заміщена слабкою – ацетатною:

https://www.youtube.com/watch?v=8Za0_oAeQHY

2.2.4.4. Реакція катіонів Сa²⁺

1. Реакція забарвлення полум’я

В аналітичну частину полум’я вносять за допомогою платинової дротинки декілька кристаликів солі Кальцію. При цьому воно забарвлюється в цегляно-червоний колір.

https://www.youtube.com/watch?v=Pcwzt7K5OXg

2. Реакція з амоній оксалатом

До 3-4 крапель розчину солі Кальцію додають стільки ж крапель розчину амоній оксалату Утворюється білий осад, який розчиняється в хлоридній і нітратній кислотах, але не розчиняється в оцтовій:

https://www.youtube.com/watch?v=NOZ1IFc10Ic

3. Реакція з амоній карбонатом

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Кальцію і таку саму кількість розчину амоній карбонату (або натрій карбонату). Утворюється білий осад:

Осад розчиняється в розведених хлоридній і нітратній кислотах:

2.2.4.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів третьої групи

1. Для відокремлення катіонів Ba²⁺ від катіонів Ca²⁺ до досліджуваного розчину додають ацетатну кислоту й розчин калій хромату. При цьому утворюється жовтий осад барій хромату, а катіони Ca²⁺ залишаться в розчині.

2. Осад фільтрують (або центрифугують) і перевіряють повноту осадження катіонів Ba²⁺.

3. До розчину додають Na₂CO₃ і відокремлюють осад, що утворився.

4. Осад промивають водою і розчиняють в ацетатній кислоті. При цьому катіони Ca²⁺ переходять у розчин у вигляді розчинної солі – кальцій ацетату.

5. У розчині кальцій ацетату визначають катіони Ca²⁺ характерними реакціями.

Рис. 2.34. Схема аналізу суміші катіонів третьої групи

Контрольні питання

1. Які катіони належать до третьої групи?

2. Який груповий реагент на катіони третьої групи?

3. В який колір зафарбовують полум’я катіони Барію?

4. Для чого під час реакції солей Барію з калій хроматом додають надлишок натрій ацетату?

5. В який колір зафарбовують полум’я катіони Кальцію?

Контрольні вправи

1. Під час аналізу невідомого розчину сульфатною кислотою випав білий осад, який не розчиняється ні в кислотах, ні в лугах. Визначити, який катіон знаходиться в розчині та скласти відповідні рівняння реакції.

2. Пояснити, чи можна відкрити катіони Кальцію в присутності катіонів Барію. Відповідь підтвердити рівняннями реакцій.

3. Скласти рівняння реакції утворення кальцій карбонату та пояснити його відношення до дії мінеральних кислот.

4. Написати рівняння хімічних реакцій, які дозволяють розділити і відкрити катіони Барію і Кальцію за їх спільної присутності.

5. Цю реакцію осадження катіонів Кальцію використовують для визначення повноти вмісту молока в молочних супах. Її результатом є утворення білого осаду, розчинного в мінеральних кислотах і нерозчинного в ацетатній кислоті. Складіть рівняння відповідної реакції.

2.2.5. Аналіз катіонів четвертої групи

2.2.5.1. Загальна характеристика катіонів четвертої групи

До четвертої групи катіонів входять катіони Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺. Ці катіони об’єднує здатність утворювати амфотерні гідроксиди – .

Рис. 2.35. Амфотерні гідроксиди:
а) Al(OH)3;	б) Cr(OH)3;	в) Zn(OH)2

Для аналізу цих катіонів застосовують реакції комплексоутворення, окиснення-відновлення, утворення та розчинення осадів. Серед цих йонів лише Cr³⁺ має синьо-зелене забарвлення, решта – безбарвні.

2.2.5.2. Дія групового реактиву на катіони четвертої групи

Груповим реагентом на катіони четвертої групи є луг (NaOH, KOH). Продуктами дії надлишку лугу на катіони Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺ є гідроксокомплекси: . Під дією розчину лугу на катіони четвертої групи спочатку утворюються малорозчинні основи:

Рис.2.36. Осади нерозчинних гідроксидів:
а) Zn(OH)2;	б) Al(OH)3;	в) Cr(OH)3

Надлишок лугу перетворює їх на розчинні у воді гідроксокомплекси:

https://www.youtube.com/watch?v=euHdo7o-amo&t=7s

2.2.5.3. Реакція катіонів Zn²⁺

1. Реакція з амоній гідроксидом

У пробірку вносять 3-4 краплі розчину солі Цинку, додають 5-6 крапель розчину NH₃ ·H₂O. Утворюється білий аморфний осад цинк гідроксиду, який розчиняється у надлишку розчину амоніаку:

2. Реакція з калій гексаціанофератом (ІІ) (жовтою кров’яною сіллю)

У пробірку вносять 4-5 крапель солі Цинку й додають стільки ж крапель розчину калій гексаціаноферату (ІІ). Утворюється білий осад, який розчиняється і в розчинах кислот, і в розчинах лугів:

https://www.youtube.com/watch?v=UkIXYghuLFs

3. Реакція з дитизоном (дифенілтіокарбазоном)

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Цинку, додають 6 крапель розчину ацетатної кислоти, таку саму кількість розчину натрій ацетату і 2-4 мл розчину органічного реагенту дитизону в хлороформі. Утворюється червона комплексна сполука:

Ця комплексна сполука добре розчиняється в хлороформі, бензені та інших органічних розчинниках.

https://www.youtube.com/watch?v=WSPX-lbEbYI

2.2.5.4. Реакція катіона Al ³⁺

1. Реакція з лугами і амоній хлоридом

У пробірку вносять 4-5 крапель солі Алюмінію і надлишок лугу до розчинення осаду. Потім у пробірку вносять кристалічний амоній хлорид і нагрівають суміш до кипіння, потім охолоджують під струменем води. Утворюється білий осад у вигляді пластівців:

2. Реакція з розчином амоніаку

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину солі алюмінію і 2-3 краплі розчину амоніаку. Утворюється білий осад, що не розчиняється в надлишку водного розчину амоніаку:

3. Реакція з алізарином

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Алюмінію і розчин натрій гідроксиду до лужної реакції і додають 2-3 краплі спиртового розчину алізарину. Утворюється яскраве червоне забарвлення алюмінієвого лаку:

https://www.youtube.com/watch?v=rZgm3jRv9W8

2.2.5.5. Реакція катіона Cr³⁺

1. Реакція з гідроген пероксидом

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Хрому (ІІІ) і надлишок розчину натрій гідроксиду до розчинення осаду хром (ІІІ) гідроксиду. Додають 5-6 крапель 3%-ного розчину гідроген пероксиду. Суміш обережно нагрівають до появи жовтого забарвлення, зумовленого хромат-йонами:

Red		6	2	процес окиснення
Ox			3	процес відновлення

https://www.youtube.com/watch?v=isebZbNdNng

2. Реакція з розчином амоніаку

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Хрому (ІІІ) і 2-3 краплі розчину амоніаку. Утворюється осад сіро-зеленого кольору. Осад розчиняється в кислотах і лугах:

2.2.5.6. Систематичний хід аналізу суміші катіонів четвертої групи

1. Відокремлення йонів Al ³⁺

Для проведення цієї реакції до досліджуваного розчину об’ємом 1 мл додають 1 мл розчину амоніаку й таку саму кількість розчину гідроген пероксиду. Суміш нагрівають на водяній бані. Утворений осад алюміній гідроксиду відокремлюють центрифугуванням. Осад розчиняють у хлоридній кислоті й за допомогою якісних реакцій визначають катіон Al ³⁺.

2. Виявлення і відокремлення катіонів Zn²⁺

Центрифугат, що містить катіони Zn²⁺ та Cr³⁺ у вигляді амоніачних комплексів, нейтралізують ацетатною кислотою, нагрівають протягом 2-3 хвилин на водяній бані й додають розчин натрій карбонату для осадження катіонів Zn²⁺. Осад відокремлюють і розчиняють у невеликій кількості ацетатної кислоти. У добутому розчині визначають катіони Zn²⁺.

3. Відкриття катіонів Cr³⁺

Фільтрат після відокремлення катіонів Zn²⁺ містить катіони Cr³⁺, які визначають за допомогою характерних реакцій.

Рис. 2.37. Схема аналізу суміші катіонів четвертої групи

Контрольні питання

1. Які катіони належать до четвертої групи?

2. Який груповий реагент для катіонів четвертої групи?

3. Які реакції характерні для аналізу катіонів четвертої групи?

4. Який катіон можна визначити за допомогою органічного реагенту дитизону? Який при цьому спостерігають аналітичний ефект?

5. Під час аналізу суміші катіонів четвертої групи який катіон відокремлюють та відкривають першим?

Контрольні вправи

1. Під час дії надлишку лугу на розчин, що містить катіони четвертої групи, утворилися розчинні у воді гідроксокомплекси. Пояснити механізм дії групового реагенту за допомогою відповідних рівнянь реакції.

2. Під час аналізу розчину невідомої речовини з калій гексаціанофератом(ІІ) випав біли осад, який розчиняється і в розчинах кислот, і в розчинах лугів. Пояснити аналітичний ефект за допомогою відповідних рівнянь реакцій.

3. Під час дії гідроген пероксиду в лужному середовищі на катіон четвертої групи утворився жовтий розчин. Пояснити, який катіон було визначено, склавши відповідне рівняння реакції.

4. Під час ідентифікації катіонів Al ³⁺ на розчин подіяли надлишком розчину амоніаку. Пояснити, що при цьому відбулося, склавши відповідні рівняння реакцій.

5. Скласти рівняння реакцій розділення катіонів Цинку та Aлюмінію.

2.2.6. Аналіз катіонів п’ятої групи

2.2.6.1. Загальна характеристика катіонів п’ятої групи

До п’ятої групи катіонів належать - Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

Крім катіонів Mg²⁺, решта мають характерні забарвлення. Катіони Mn²⁺ забарвлені в блідо-рожевий колір, у розчині майже безбарвні. Катіони Fe²⁺ забарвлені в блакитно-зелений колір, у розчині майже безбарвні. Катіони Fe³⁺мають жовто-коричневе забарвлення.

Рис. 2.38. Солі катіонів п’ятої групи:
а) MgSO4;	б) MnSO4;	в) FeSO4;	г) Fe2(SO4)3

Усі гідроксиди цих металів малорозчинні, не розчиняються в лугах, але добре розчинні в кислотах.

Рис. 2.39. Гідроксиди катіонів п’ятої групи:
а) Mg(OН)2;	б) Mn(OН)2;	в) Fe(OН)2;	г) Fe(OН)3

2.2.6.2. Дія групового реактиву на катіони п’ятої групи

Груповий реагент – водний розчин амоніаку осаджує катіони п’ятої групи у вигляді нерозчинних основ різних за кольором:

• безбарвний

• блідо-рожевий

• блідо-зеленуватий

• коричневий

2.2.6.3. Реакція катіона Mg²⁺

1. Реакція з натрій гідрогенфосфатом в амонічному середовищі

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Мg²⁺, додають 1 краплю NH₄Cl , 2-3 краплі розчину амоніаку й 4-5 крапель розчину Na₂HPO₄ . Утворюється осад подвійної солі магній-амоній фосфату білого кольору:

Додавання амоній хлориду сприяє утворенню аморфного осаду.

https://www.youtube.com/watch?v=VLn2v_wRFxA

2.2.6.4. Реакція катіона Mn²⁺

1. Реакція з натрій бісмутитом

Рис. 2.40. Натрій бісмутат

У пробірку вносять 2-3 краплі розчину солі Мангану, додають 4-5 крапель розчину нітратної кислоти й декілька кристаликів NaBiO₃. Суміш забарвлюється в рожевий колір завдяки перманганат-йонам:

Red		10	2	процес окиснення
Ox			5	процес відновлення

2. Реакція з лугами

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Мангану й таку саму кількість лугу. Утворюється білий осад, який поступово змінює свій колір на бурий внаслідок окиснення киснем повітря:

2.2.6.5. Реакція катіона Fe²⁺

1. Реакція з калій гексаціанофератом (ІІІ)

У пробірку вносять 2-3 краплі солі Феруму (ІІ), додають 2-3 краплі розчину калій гексаціаноферату (ІІІ) (червона кров’яна сіль). Утворюється синій осад, що має історичну назву «турнбулева синь»:

https://www.youtube.com/watch?v=psUueKX-TUk

2.2.6.6. Реакція катіона Fe³⁺

1. Реакція з калій гексаціанофератом (ІІ)

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Феруму (ІІІ), додають таку саму кількість реактиву калій гексаціаноферату (ІІ) (жовта кров’яна сіль). Утворюється синій осад, що має історичну назву «берлінська блакить»:

https://www.youtube.com/watch?v=Xk3CWz1KgI8&list

2. Реакція з калій (або амоній) роданідом

У пробірку вносять 2-3 краплі солі Феруму (ІІІ) і додають 1-2 краплі розчину калій роданіду (або амоній роданіду). Утворюється криваво-червоний розчин:

Реакція дуже чутлива і специфічна.

https://www.youtube.com/watch?v=cednMOjbu9w&list

2.2.6.7. Систематичний хід аналізу суміші катіонів п’ятої групи

1. Спочатку в розчині за допомогою якісних реакцій визначають наявність катіонів Fe²⁺та Fe³⁺.

2. Для видалення катіонів Mg²⁺ на осад діють амоній хлоридом. При цьому катіони Mg²⁺ переходять у розчин, де їх визначають характерними реакціями. Решту центрифугують.

3. Центрифугат розчиняють у хлоридній кислоті, де визначають катіони Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ за допомогою характерних реакцій.

Рис. 2.41 Схема аналізу суміші катіонів п’ятої групи

Контрольні питання

1. Які катіони належать до п’ятої групи?

2. Який груповий реагент на п’яту аналітичну групу?

3. Чому під час якісної реакції на катіон Мангану з лугом спочатку утворюється білий осад, який поступово змінює колір на бурий?

4. Для виявлення якого катіону п’ятої групи використовують окисно-відновну реакцію та яку саме?

5. Яка з якісних реакцій на Fe³⁺ характеризується найбільшою чутливістю і специфічністю?

Контрольні вправи

1. Під час дії групового реагенту на катіони п’ятої групи утворився коричневий осад. Визначити, який катіон утворив цей осад та скласти відповідні рівняння реакції.

2. Пояснити, чому сіро-зелений осад ферум(ІІ) гідроксиду і манган(ІІ) гідроксиду на повітрі перетворюються на бурий? Скласти рівняння реакцій, які пояснюють хімізм цих перетворень.

3. Скласти рівняння реакцій, за допомогою яких можна відрізнити катіони Fe²⁺ від катіонів Fe³⁺.

4. Під час аналізу невідомого розчину натрій бісмутатом в присутності надлишку концентрованої нітратної кислоти колір розчину змінився від безбарвного до рожевого. Визначити, який катіон знаходиться в розчині та скласти відповідні рівняння реакції.

5. Пояснити, як можна виділити катіон Магнію із гідроксидів катіонів п’ятої групи, склавши відповідні рівняння реакції.

2.2.7. Аналіз катіонів шостої групи

2.2.7.1. Загальна характеристика катіонів шостої групи

До шостої аналітичної групи катіонів входять Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺.

Усі катіони цієї групи в гідратованому вигляді мають характерні забарвлення: катіони Co²⁺– рожеве, Ni²⁺ – зелене, Cu²⁺‒ синє.

Рис. 2.42. Солі катіонів шостої групи:
а) катіонів Co^2+;	б) катіонів Ni^2+;	в) катіонів Cu^2+

Усі гідроксиди цих катіонів є малорозчинними основами.

Рис. 2.43. Гідроксиди катіонів шостої групи:
а) катіонів Co^2+;	б) катіонів Ni^2+;	в) катіонів Cu^2+

Оскільки катіони цієї групи можуть проявляти змінний ступінь окиснення, то для них характерні реакції окиснення-відновлення, що їх використовують для їх якісного аналізу.

2.2.7.2. Дія групового реагенту на катіони шостої групи

Груповий реагент – водний розчин амоніаку переводить усі катіони шостої групи в розчинні у воді амоніачні комплекси:

Рис. 2.44. Осади та відповідні аміачні комплекси катіонів:
а) Co^2+;	б) Ni^2+;	в) Cu^2+

[Cu(NH₃)₄]²⁺, [Co(NH₃)₄]²⁺, [Ni(NH₃)₄]²⁺.

https://www.youtube.com/watch?v=AV_K_zyyLqo&list

2.2.7.3. Реакція катіона Сo²⁺

1. Реакція з калій (амоній) роданідом

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину солі Кобальту, додають таку саму кількість насиченого розчину калій (амоній) роданіду і 1-2 кристалики натрій фториду (для маскування катіонів Fe³⁺). До суміші додають 0,5 мл ізоамілового спирту або діетилового етеру. Шар органічного розчинника забарвлюється в синій колір:

https://www.youtube.com/watch?v=k2o3SFEtnlM&list

2.2.7.4. Реакція катіона Ni²⁺

1. Реакція з реактивом Чугаєва (диметилгліоксимом)

Ця реакція є високочутливою та специфічною. Заважають її проведенню йони Fe²⁺, які попередньо окиснюють гідроген пероксидом до Fe³⁺. На смужку фільтрувального папірця наносять одну краплю солі Ніколу й одну краплю розчину реактиву Чугаєва. Папір витримують над відкритою склянкою з концентрованим розчином амоніаку. Утворюється червона пляма.

https://www.youtube.com/watch?v=RA8sZNbgrqg&list

2.2.7.5. Реакція катіона Сu²⁺

1. Реакція з розчином амоніаку

У пробірку вносять 3-4 краплі солі Купруму, додають 5-6 крапель розчину амоніаку. Утворюється амоніачний комплекс інтенсивно-синього кольору:

2. Реакція з калій йодидом

У пробірку вносять 2-3 краплі солі Купруму, додають 4-5 крапель розчину калій йодиду. Утворюється осад купрум(І) йодиду та вільний йод. Для його визначення краплю розчину над осадом наносять на смужку йодкрохмального папірця. Смужка набуває синього кольору:

https://www.youtube.com/watch?v=aNjjbbxZ0rs

2.2.7.6. Систематичний хід аналізу суміші катіонів шостої групи

1. Під час проведення попередніх досліджень слід зазначити, що якщо досліджуваний розчин не має забарвлення, то катіонів шостої групи немає або вони містяться у вигляді дуже розведених розчинів.

2. На суміш катіонів шостої групи діють розчином H₂SO₄ з концентрацією 1 моль/л та Na₂S₂O₃. При цьому катіони Cu²⁺ переходять у осад Cu₂S, а катіони Co²⁺ та Ni²⁺ будуть у розчині.

3. Катіони Co²⁺ та Ni²⁺ визначають характерними реакціями.

4. На осад Cu₂S діють розчином HNO₃ з концентрацією 3 моль/л і в утвореному розчині за допомогою характерних реакцій визначають катіони Cu²⁺.

Рис. 2.45. Схема аналізу суміші катіонів шостої групи

Контрольні питання

1. Які катіони належать до шостої групи?

2. Який груповий реагент для катіонів шостої групи?

3. Які реакції характерні для катіонів шостої групи та використовуються для їх якісного аналізу?

4. Що утворюється за дії надлишку групового реагенту на катіони шостої групи?

5. Як усунути заважаючу дію катіонів Fe³⁺ під час визначення катіонів Со²⁺?

Контрольні вправи

1. Під час аналізу невідомого розчину розчином амоніаку спочатку утворився блакитний осад, який за дії надлишку реагенту розчинився з утворенням інтенсивно-синього розчину. Визначити який катіон перебуває в розчині та скласти відповідні рівняння реакцій.

2. Скласти окисно-відновну реакцію солі Купруму з калій йодидом. Пояснити аналітичний ефект та визначити окисник і відновник.

3. Під час дії амоній роданіду на катіон шостої групи утворився розчин, що екстрагувався шаром ізоамілового спирту й зафарбував його в синій колір. Пояснити, який катіон було відкрито, склавши відповідні рівняння реакції.

4. До розчину, що містить катіони Fe²⁺ та Ni²⁺, додали розчин гідроген пероксиду, розчин амоніаку і спиртовий розчин диметилгліоксиму. Пояснити аналітичний ефект та скласти рівняння відповідних реакцій.

5. Пояснити, як можна виділити катіони Купруму від інших катіонів шостої групи, склавши відповідні рівняння реакції.

Для проведення самоконтролю натисніть на позначку «Самоконтроль»

2.3. Аналіз аніонів

2.3.1. Аналітична класифікація аніонів

Загальноприйнятої класифікації аніонів не існує. Аніони класифікують на три аналітичні групи за їх здатністю утворювати малорозчинні солі з барій хлоридом та арґентум нітратом (табл. 2.7). Цей спосіб класифікації запропонував німецький вчений Бунзено у 1878 р.

Рис. 2.46. Роберт Вільгельм Бунзен, німецький хімік експериментатор

Особливістю аналізу аніонів є те, що вони майже не заважають визначенню один одного. Ця обставина є підставою для того, щоб визначати аніони дробним методом. Під час аналізу аніонів груповий реактив лише дає можливість визначити, до якої групи належить цей аніон. Аналіз аніонів виконувати значно легше, ніж аналіз катіонів.

Визначення більшості аніонів базується на тих самих реакціях, що їх застосовують для аналізу катіонів, але тепер катіон є реактивом на певний аніон.

Рис. 2.47. Аналітичний сигнал на визначення катіонів Ва^2+ та аніонів SO4^2-

Таблиця 2.7

Аналітична класифікація аніонів

Група	Аніони	Груповий реактив	Характеристика групи
1	SO4^2-, SO3^2-, S2O3^2-, CO3^2-, PO4^3-, F^-, SiO3^2-	BaCl2 у нейтральному або слаболужному розчині	Солі Барію погано розчиняються у воді
2	Cl^-, Br^-, I^-, S^2-	AgNO3 у присутності розведеної НNO3	Солі Арґентуму погано розчиняються у воді й розведеній НNO3
3	NO3^-, NO2^-, CH3COO^-	Відсутній	Солі Барію і Арґентуму розчиняються у воді

Контрольні питання

1. Скільки існує аналітичних груп аніонів?

2. Що покладено в основу класифікації аніонів на аналітичні групи?

3. Які особливості аніонів дозволяють визначати їх дробним методом?

4. Яка група аніонів не має групового реагенту?

5. Яке значення має груповий реагент під час аналізу аніонів?

2.3.2. Аналіз аніонів першої групи

2.3.2.1. Загальна характеристика аніонів першої групи

До першої аналітичної групи аніонів належать: SO₄^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, CO₃^2-, PO₄^3-, F^-, SiO₃^2-. З катіонами Ba²⁺ вони утворюють малорозчинні солі білого кольору, які здатні розчинятися у розчинах неорганічних кислот, за винятком барій сульфату.

Рис. 2.48 Осад барій карбонату

https://www.youtube.com/watch?v=60A5UFjl5Qc&list

2.3.2.2. Якісні реакції на аніони першої групи

Реакції аніона

1. Реакція з барій хлоридом

У пробірку вносять 2-3 краплі розчину сульфатної кислоти або її солі й додають таку саму кількість розчину барій хлориду. Утворюється білий осад, що не розчиняється в мінеральних кислотах:

Реакції аніона

1. Реакція з хлоридною (або сульфатною) кислотами

У пробірку вносять 5-6 крапель розчину Na₂SO₃ і стільки ж розчину хлоридної або сульфатної кислоти. Пробірку закривають пробкою з газовідвідною трубкою-капіляром з розчином KMnO₄ або з розчином йоду. Спостерігають знебарвлення розчину калій перманганату або розчину йоду:

2. Реакція з йодною водою

У пробірку вносять 3-4 краплі розчину солі Na₂SO₃ і 2-3 краплі розчину сульфатної кислоти і 2-3 краплі розчину йоду (йодна вода). Спостерігають знебарвлення розчину йоду:

https://www.youtube.com/watch?v=F9x0qxh1lT8&list

Реакції аніона

1. Реакція з мінеральними кислотами

У пробірку вносять 5-6 крапель розчину Na₂S₂O₃ і 3-4 краплі сульфатної кислоти. За деякий час спостерігають помутніння розчину внаслідок утворення сірки:

2. Реакція з аргентум нітратом

У пробірку вносять 5-6 крапель розчину натрій тіосульфату і 2-3 краплі розчину AgNO₃. Утворюється білий осад Ag₂S₂O₃, який з часом набуває чорного кольору внаслідок утворення Ag₂S:

3. Реакція з йодною водою

У пробірку вносять 2-3 краплі розчину солі і додають стільки ж розведеної сульфатної кислоти і 2-3 краплі розчину йоду. Розчин йоду знебарвлюється. Сульфіт-, сульфід- та нітрит-йони заважають проведенню реакції:

https://www.youtube.com/watch?v=8wc6T3VW8l8&list

Реакції аніона

1. Реакція із сильними кислотами

У пробірку з газовідвідною трубкою вносять 7-8 крапель розчину натрій карбонату і стільки ж розведеної сульфатної кислоти. Закривають пробірку корком з газовідвідною трубкою, кінець якої занурюють у пробірку з розчином кальцій гідроксиду (вапняна вода) (рис. 2.49). Спостерігають утворення білої каламуті.

Рис. 2.49. Прилад для якісного визначення карбонат-йона

https://www.youtube.com/watch?v=Kh1okxwXuxU

Реакції аніона

1. Реакція з арґентум нітратом

У пробірку вносять розчин натрій фосфату і 2-3 краплі розчину AgNO₃. Утворюється жовтий осад арґентум фосфату:

https://www.youtube.com/watch?v=0PkTNk0rgdI&list

2. Реакція з магнезіальною сумішшю

У пробірку вносять 3-4 краплі досліджуваного фосфату й стільки ж розчину магнезіальної суміші (MgCl₂ + NH₄Cl + NH₄OH). Спостерігають утворення білого осаду амоній-магній фосфату:

https://www.youtube.com/watch?v=1ngR33KA1oI&list

3. Реакція з амоній молібдатом

У пробірку вносять 2-3 краплі натрій фосфату, 4 краплі розчину амоній молібдату, 5 крапель розчину нітратної кислоти і 2-3 краплі розчину амоній хлориду. Суміш трохи підігрівають. Утворюється жовтий кристалічний осад:

https://www.youtube.com/watch?v=KPAuHgJQHqE&list

Реакції аніона

1. Реакція з ферум (ІІІ) роданідом

У пробірку вносять 2-3 краплі солі Феруму (ІІІ) і стільки ж розчину калій (амоній) роданіду. Утворюється ферум (ІІІ) роданід криваво-червоного кольору. До нього додають декілька крапель натрій фториду. Розчин знебарвлюється. Реакції заважають фосфат-йони, які дають аналогічний зовнішній ефект:

https://www.youtube.com/watch?v=EvIg0rK6Pt4

Реакції аніона

1. Реакція із сильними кислотами

У пробірку вносять 5-6 крапель розчину натрій силікату й стільки ж розведеної хлоридної або сульфатної кислоти. Утворюється драглистий осад:

https://www.youtube.com/watch?v=QDOpXe18_MU

2. Реакція з амоній хлоридом

У пробірку вносять 4-6 крапель натрій силікату, додають 1 мл дистильованої води і 3-4 кристаликів амоній хлориду. Суміш нагрівають. Утворюється драглистий осад:

2.3.2.3. Аналіз суміші аніонів першої групи

1. На досліджуваний розчин діють розчином барій хлориду. Якщо в нейтральному середовищі осад не утворився, то аніонів першої групи немає.

2. Спочатку в досліджуваній суміші визначають йони і йони характерними реакціями.

3. Виконують визначення йонів амоній молібдатом або арґентум нітратом.

4. Виявляють йони за допомогою реакції з амоній хлоридом.

5. Виявляють F^- йони за їх здатністю руйнувати комплекс ферум (ІІІ) роданіду.

Рис. 2.50. Схема аналізу суміші аніонів І групи

Контрольні питання

1. Які аніони належать до першої групи?

2. Який катіон з аніонами першої групи утворює білий осад?

3. Який аніон першої групи за взаємодії з груповим реагентом утворює білий осад, що не розчиняється в мінеральних кислотах?

4. Чи можна визначити фторид-йони в присутності фосфат-йонів розчином ферум(ІІІ) роданіду?

5. Які аніони визначають першими в суміші першої групи?

Контрольні вправи

1. Визначити реактив, за допомогою якого проводять пробу на аніони нестійких кислот. Скласти рівняння реакцій, які підтверджують відповідь.

2. Під час дії розчину арґентум нітрату на розчин, що містить аніон першої групи, утворився жовтий осад. Визначити який аніон є в розчині та скласти відповідні рівняння реакцій.

3. Під час аналізу невідомого розчину, що містить аніони першої групи, магнезіальною сумішшю утворився осад білого кольору. Визначити який аніон є в розчині та скласти відповідні рівняння реакції.

4. Під час дії сульфатної кислоти на розчин, що містив аніон першої групи, утворився драглистий осад. Пояснити, який аніон потрібно було визначити, склавши відповідні рівняння реакції.

5. Скласти рівняння реакції, за допомогою якої можна визначити в розчині сульфат-йон. Пояснити його особливості з-поміж інших аніонів першої групи.

2.3.3. Аналіз аніонів другої групи

2.3.3.1. Загальна характеристика аніонів другої групи

До другої групи аніонів належать Cl^-, Br^-, I^-, S^2- йони. Груповий реагент – аргентум нітрат у присутності нітратної кислоти утворює з аніонами другої групи різні за кольором осади:

(білий);

(жовтуватий);

(жовтий);

(чорний).

Рис. 2.51. Осади аніонів другої групи з груповим реагентом:
а) AgCl;	б) AgBr;	в) AgI;	г) Ag2S

https://www.youtube.com/watch?v=wUxrUXBbsX8&list

2.3.3.2. Якісні реакції на аніони другої групи

Реакції аніона

1. Реакція з арґентум нітратом

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину хлоридної кислоти або її солі. Додають 2-3 краплі розчину арґентум нітрату. Утворюється білий осад. Осад розчиняється у водному розчині амоніаку та натрій тіосульфаті:

Рис. 2.52. Розчинення осаду AgCl у водному розчині амоніаку

Реакції аніона

1. Реакція з аргентум нітратом

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину броміду. Додають 2-3 краплі розчину арґентум нітрату. Утворюється жовтуватий осад. Осад розчиняється у водному розчині амоніаку та натрій тіосульфаті:

Рис. 2.53. Розчинення осаду AgBr у водному розчині амоніаку

2. Реакція з хлорною водою

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину броміду й додають таку саму кількість хлорної води. Утворюється молекулярний бром, який добре екстрагується в органічних розчинниках (хлороформ, бензен)

https://www.youtube.com/watch?v=mPtuQZdtRGU&list

Реакції аніона І-

1. Реакція з аргентум нітратом

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину йодиду. Додають 2-3 краплі розчину арґентум нітрату. Утворюється жовтий осад. Осад не розчиняється у водному розчині амоніаку та розчиняється у розчині натрій тіосульфату:

Рис. 2.54. Відношення осаду AgI до розчину амоніаку та нітратної кислоти

2. Реакція з хлорною водою

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину йодиду й додають таку саму кількість хлорної води. Утворюється вільний йод. З додаванням до розчину йоду розчину крохмалю утворюється темно-синє забарвлення:

https://www.youtube.com/watch?v=mPtuQZdtRGU&list

Реакції аніона

1. Реакція з аргентум нітратом

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину сульфіду. Додають 2-3 краплі розчину арґентум нітрату. Утворюється чорний осад:

Рис. 2.55. Утворення осаду Ag2S

2. Реакція з плюмбум(ІІ) нітратом (або ацетатом)

У пробірку вносять 4-5 крапель розчину сульфіду й додають таку саму кількість розчину плюмбум(ІІ) нітрату (або ацетату). Утворюється чорний осад:

3. Реакція з натрій нітропрусидом

У пробірку вносять 3-4 краплі розчину сульфіду й 2-3 краплі розчину натрій нітропрусиду та таку саму кількість розчину натрій гідроксиду. Утворюється комплексна сполука червоно-фіолетового кольору:

2.3.3.3. Аналіз суміші аніонів другої групи

Аніони другої групи слід відкривати в певній послідовності, оскільки вони заважають один одному під час визначення.

1. Визначають йони за допомогою характерних реакцій. Якщо у досліджуваному розчині виявлено йони то їх слід відокремити, тому що вони заважатимуть визначенню інших йонів. Для цього до розчину додають надлишок розчину цинк сульфату до повного осадження аніонів у вигляді. Осад відділяють центрифугуванням, а в розчині визначають інші аніони.

2. Виявляють йони за допомогою хлорної води та розчину крохмалю.

3. Далі визначають та за допомогою характерних реакцій.

Рис. 2.56. Схема аналізу суміші аніонів ІІ групи

Контрольні питання

1. Які аніони належать до другої групи?

2. Який груповий реагент на аніони другої групи?

3. Який аніон другої групи за взаємодії з груповим реагентом утворює жовтий осад, що не розчиняється у водному розчині амоніаку?

4. В яких розчинниках добре екстрагується молекулярний бром?

5. Який аніон виявляють першим та відокремлюють з розчину під час аналізу суміші аніонів другої групи?

Контрольні вправи

1. Під час дії групового реагенту на розчин аніонів другої групи утворився чорний осад. Пояснити, який аніон містить розчин та скласти відповідні рівняння реакції.

2. Під час аналізу невідомого розчину, що містить аніони другої групи натрій нітропрусидом в лужному середовищі, колір змінився на червоно-фіолетовий. Визначити, який аніон є в розчині та скласти відповідні рівняння реакції.

3. Під час дії плюмбум(ІІ) нітрату на розчин аніонів другої групи утворився чорний осад. Визначити, який аніон містився у розчині, склавши відповіді рівняння реакції.

4. Під час додавання до невідомого розчину хлорної води та розчину крохмалю колір змінився на темно-синій. Який аніон містився в розчині? Відповідь підтвердити рівняннями реакції.

5. Скласти рівняння реакції відокремлення сульфід-йонів від інших аніонів другої групи та пояснити аналітичний ефект.

2.3.4. Аналіз аніонів третьої групи

2.3.4.1. Загальна характеристика аніонів третьої групи

До третьої групи аніонів належать NO₃^-, NO₂^-, CH₃COO^-. Аніони третьої групи не мають групового реактиву. Нітрати, нітрити та ацетати добре розчиняються у воді. Нітрати потрапляють у продукти харчування з рослинної сировини, у ході вирощування якої використовували нітратні добрива.

Рис. 2.57. Визначення нітратів у овочах, фруктах, ягодах

Нітрити додають у ковбасні вироби для стабілізації рожевого кольору м’ясних виробів та як консервант.

Рис. 2.58. Харчові добавки в м’ясній продукції

2.3.4.2. Якісні реакції на аніони третьої групи

Реакція аніона

1. Реакція з металічною міддю в присутності сульфатної кислоти

У пробірку вносять 1 мл концентрованої сульфатної кислоти і 3-4 краплі розчину нітрату. У пробірку занурюють мідну дротинку й обережно нагрівають. Утворюється нітроген(IV) оксид бурого кольору. Оскільки цей газ отруйний, дослід проводять у витяжній шафі:

https://www.youtube.com/watch?v=Tj8CBSNDues&t=390s

2. Реакція з ферум(ІІ) сульфатом

У пробірку вносять 5-6 крапель розчину нітрату, декілька кристаликів ферум(ІІ) сульфату й обережно по стінках пробірки концентровану сульфатну кислоту. На межі змішування розчинів утворюється темно-буре кільце:

https://www.youtube.com/watch?v=nXpsAbUe4zw&list

3. Реакція з дифеніламіном

У пробірку вносять 2-3 краплі розчину дифеніламіну в концентрованій сульфатній кислоті і одну краплю нітрату. На стінках пробірки утворюється сполука синього кольору. Досліду заважають нітрити.

https://www.youtube.com/watch?v=rVs_Hgb4YFY&list

Реакція аніона

1. Реакція з розчинами кислот

У пробірку вносять 3-4 краплі розчину нітриту. Додають 1-2 краплі розчину сульфатної кислоти. Утворюється бурий газ – нітроген (IV) оксид. Дослід проводять у витяжній шафі.

2. Реакція з калій перманганатом

У пробірку вносять 3-4 краплі розчину нітриту й додають 2-3 краплі розчину сульфатної кислоти і 1-2 краплі розчину калій перманганату. Після перемішування розчин знебарвлюється:

https://www.youtube.com/watch?v=hOoLqCl6Id4

3. Реакція з реактивом Грісса – Ілосвая

На годинникове скло наносять одну краплю суміші сульфанілової кислоти і α-нафтіламіну (реактив Грісса – Ілосвая). Утворюється червоне забарвлення. Нітрати не заважають перебігу цієї реакції.

Реакція аніона

1. Реакція із сульфатною кислотою

У пробірку вносять 2-3 мл розчину ацетату й таку саму кількість розведеної сульфатної кислоти. Пробірку обережно нагрівають. Утворюється ацетатна кислота, яку ідентифікують за специфічним запахом:

https://www.youtube.com/watch?v=SDmghCAXf0w&list

2. Реакція з ферум(ІІІ) хлоридом

У пробірку вносять 5-6 крапель розчину ферум(ІІІ) хлориду, додають таку саму кількість розчину натрій ацетату і 1-2 мл дистильованої води. Суміш нагрівають до кипіння. Утворюється розчин червоного кольору:

=

Fe(OH

https://www.youtube.com/watch?v=rMvhYSB5XU4&list

2.3.4.3. Аналіз суміші аніонів третьої групи

Аналіз суміші аніонів третьої групи слід виконувати з урахуванням того, що нітрит-аніони дають аналогічну реакцію з дифеніламіном, як і нітрати, тому їх визначають першими, а далі ідентифікують за допомогою характерних реакцій нітрат та ацетат-аніони.

Рис. 2.59. Схема аналізу суміші аніонів ІІІ групи

Контрольні питання

1. Які аніони належать до третьої групи?

2. Чим відрізняються аніони третьої групи від аніонів інших груп?

3. Яке значення мають нітрити у харчовій промисловості?

4. Які особливі умови проведення якісної реакції на нітрат-аніон металічною міддю в присутності сульфатної кислоти?

5. Який аніон виявляють першим та відокремлюють з розчину під час аналізу суміші аніонів третьої групи?

Контрольні вправи

1. Визначити, за допомогою якого органічного реагенту можна виявити в розчині нітрат-аніони та які ще аніони третьої групи дають з цим реагентом аналогічну реакцію. Пояснити умови перебігу цієї реакції та скласти відповідні рівняння.

2. За додавання до розчину, що містить аніони третьої групи, кристалічного ферум(ІІ) сульфату та розчину концентрованої сульфатної кислоти утворилося темно-буре кільце. Пояснити, який аніон містить розчин та скласти відповідні рівняння реакцій.

3. Скласти рівняння реакції нітрит-аніона з калій перманганатом, пояснити умови її проведення та аналітичний ефект.

4. Під час додавання до невідомого розчину розведеної сульфатної кислоти та нагрівання з’явився специфічний запах оцту. Визначити, який аніон містився у розчині, підтвердивши відповідь відповідними рівняннями реакції.

5. Під час аналізу розчину невідомої речовини, що містить аніони третьої групи, з ферум(ІІІ) хлоридом та після нагрівання утворився розчин червоного кольору. Визначити, який аніон містився у розчині та скласти відповідні рівняння реакції.

2.4. Аналіз невідомої речовини

2.4.1. Підготовка речовини до аналізу. Попередній аналіз

2.4.1.1. Підготовка речовини до аналізу

Речовина, що підлягає аналізу, може бути у вигляді розчину або у сухому стані.

Рис. 2.60. Речовини для аналізу:
а) розчини;	б) сухі речовини

Речовину в сухому стані ретельно оглядають за допомогою лупи та мікроскопа.

Рис. 2.61. Огляд речовин:
а) за допомогою лупи;	б) під мікроскопом

За формою кристалів та їх кольором можна попередньо оцінити однорідність речовин. Виявлення різних за формою та кольором кристалів свідчить про наявність декількох речовин.

Рис. 2.62. Різні речовини під мікроскопом

Колір кристалів може вказувати на можливість наявності деяких йонів: сині – солі Купруму, зелені – солі Феруму (ІІ), рожеві – солі Кобальту.

Рис. 2.63. Кристали солей:
а) солі Купруму;	б) солі Феруму (ІІ);	в) солі Кобальту

2.4.1.2. Попередні дослідження невідомої речовини

Далі проводять дослідження на забарвлення полум’я. Для цього невелику кількість кристалів за допомогою платинової дротинки вносять у полум’я пальника і спостерігають за кольором аналітичної частини полум’я.

Рис. 2.64. Забарвлення полум’я пальника

Наступним етапом є перевірка на розчинність. Спочатку перевіряють розчинність речовини у воді за кімнатної температури і під час нагрівання, потім у розчинах хлоридної, нітратної кислоти, концентрованих кислотах, «царській горілці», концентрованих розчинах лугів та амоніаку. У разі розчинення у сульфатній кислоті можливе утворення газоподібних речовин розкладу сполуки. За кольором, запахом та іншими властивостями газів можна зробити попередні висновки про наявність у речовині деяких йонів.

Рис. 2.65. Розчинення сухих речовин

Якщо речовина розчинна у воді, то реакція середовища може давати цінну інформацію про її склад. Кисла реакція (рН 2) вказує на наявність сильних кислот і слабких основ, солей сильних кислот і слабких основ, кислих солей. У таких речовинах немає йонів Лужне середовище вказує на наявність лугів, солей сильних основ і слабких кислот, основних солей.

Рис. 2.66. Шкала значення рН розчинів

На підставі цих попередніх випробувань роблять висновок про можливий склад речовини і уточнюють хід систематичного аналізу.

Таблиця 2.8

Попередні дослідження невідомої речовини

Дослідження	Результати спостережень	Наявність йона (хімічного елемента)
Полум’я пальника	Обвуглювання	Домішки органічних речовин
	Швидке звітрювання	Солі амонію
	Забарвлення полум’я у кольори: жовтий	Na^+
	цегляно-червоний	Ca^2+
	жовто-зелений	Ba^2+
	зелений	Cu^2+
	світло-блакитний	Pb^2+
	фіолетовий	K^+
Дія сильних кислот	Виділення газів: CO2 (помутніння вапняної води)	,
	SO2 (запах сірчистого газу)	,
	H2S (запах сірководню)
	NO2 (бурий газ)
	СH3COOH (запах оцтової кислоти)
	Br2 (червоно-бура пара)	(+ окисник)
	I2 (фіолетова пара)	(+ окисник)
	HCl (проба на AgNO3)	(+ окисник)
Розчинення	Нерозчинна в кислотах та «царській горілці»	AgCl, AgBr, AgI, BaSO4, PbSO4, SiO2
	Розчинна в H2SO4	Відсутність йонів Ca^2+, Ba^2+, Pb^2+
	Розчинна в HCl	Відсутність Ag^+

Контрольні питання

1. Яку попередню оцінку можна зробити за формою та кольором кристалів сухої речовини?

2. Яким чином проводять дослідження речовин на забарвлення полум’я?

3. Про наявність яких сполук у розчині свідчить кисла реакція середовища?

4. На наявність яких речовин вказує лужне середовище розчину?

5. Про наявність якого катіону свідчить забарвлення полум’я у цегляно-червоний колір під час проведення аналізу сухим методом?

2.4.2. Систематичний хід аналізу катіонів та суміші аніонів

2.4.2.1. Виявлення катіонів у розчині

1. У пробірку вносять 3-5 крапель досліджуваного розчину, додають стільки ж розчину натрій карбонату. Якщо осад не випадає, то в розчині є тільки катіони першої аналітичної групи. Цей катіон аналізують за схемою ходу аналізу суміші катіонів І аналітичної групи за кислотно-основною класифікацією.

Рис. 2.67. Виявлення катіонів І групи

2. Якщо осад катіонів важких металів випав, то до 0,5 мл нової порції досліджуваного розчину додають 2-3 краплі розчину хлоридної кислоти з концентрацією 2 моль/л. Утворення осаду засвідчує наявність катіонів другої групи. Тому до цієї самої порції досліджуваного розчину додають розчин хлоридної кислоти до повного осадження катіонів ІІ групи. Осад відфільтровують і аналізують за систематичним ходом аналізу суміші катіонів ІІ аналітичної групи.

Рис. 2.68. Виявлення катіонів ІІ групи

3. Якщо катіони ІІ групи не виявлені, то до нової порції розчину досліджуваної речовини додають 3-4 краплі розчину сульфатної кислоти з концентрацією 1 моль/л. Утворення осаду вказує на присутність катіонів ІІІ аналітичної групи. Тому до цієї самої порції досліджуваного розчину додають розчин сульфатної кислоти з концентрацією 1 моль/л до повного осадження катіонів третьої групи. Осад відокремлюють і аналізують за систематичним ходом аналізу суміші катіонів ІІІ аналітичної групи.

Рис. 2.69. Виявлення катіонів ІІI групи

4. Якщо катіонів ІІІ групи немає, то до 0,5 мл досліджуваного розчину додають краплями розчин лугу (NaOH чи КОН) з концентрацією 2 моль/л. Утворення осаду і його забарвлення свідчить про наявність у розчині катіонів IV-VI аналітичних груп. Якщо осад розчинився повністю в надлишку лугу, то присутні лише катіони IV групи. Утворений розчин гідроксокомплексів катіонів IV групи аналізують за ходом аналізу катіонів IV аналітичної групи за кислотно-основною класифікацією.

Рис. 2.70. Виявлення катіонів ІV групи

5. Якщо осад від надлишку лугу не розчинився, то досліджуваний розчин містить катіони V або VI груп. Тому на осад діють розчином амоній гідроксиду. Якщо осад повністю розчинився, то це підтверджує присутність катіонів VI аналітичної групи. Тому амоніачний розчин катіонів VI аналітичної групи аналізують за ходом аналізу катіонів VI аналітичної групи за кислотно-основною класифікацією.

Рис. 2.71. Виявлення катіонів VІ групи

6. Якщо осад не розчиняється в розчині амоній гідроксиду або розчиняється не повністю, то в розчині присутні катіони V аналітичної групи. Осад аналізують за ходом аналізу суміші катіонів V аналітичної групи за кислотно-основною класифікацією.

Рис. 2.72. Виявлення катіонів V групи

Одержані дані про присутність катіонів чи катіона в розчині досліджуваної речовини полегшують відкриття аніонів, оскільки часто відкриті катіони виключають деякі аніони, а іноді навіть цілі групи аніонів. Наприклад, якщо водний розчин містить кальцій-катіони, то відсутні фосфат-, карбонат- та інші аніони цієї групи. Якщо в розчині знайдені катіони барію, стронцію або свинцю, то в ньому не може бути аніонів . Наявність у розчині, що його аналізують, катіонів є ознакою того, що в цьому розчині не може бути тих аніонів, які з катіонами утворюють нерозчинні солі (хлорид- , бромід-, йодид- аніонів тощо). Проте кінцевий висновок про склад досліджуваної речовини роблять на основі всіх одержаних даних аналізу.

2.4.2.2. Виявлення аніонів у розчині

Аналізу аніонів заважають майже всі катіони, крім калію, натрію та амонію. Причиною цього є те, що деякі катіони здатні утворювати осади з аніонами, мають забарвлення, проявляють окисно-відновні властивості, Для видалення катіонів лужноземельних, важких металів проводять «содову витяжку». Для цього розчин досліджуваної речовини кип’ятять з розчином Na₂CO₃. При цьому аніони залишаються в розчині, а катіони утворюють відповідні сполуки, які не розчиняються (карбонати, гідроксиди або основні солі). Більшість аніонів визначають дробним методом, але в певній послідовності, тому що присутність одних аніонів заважає відкриванню інших. Наведений нижче хід аналізу аніонів передбачає аналіз на аніони розчину, який містить солі натрію, калію або амонію, за відсутності у розчині катіонів металів, які заважають аналізу аніонів.

1. Виявлення аніонів І аналітичної групи

До кількох крапель досліджуваного розчину додають кілька крапель розчину барій хлориду або барій нітрату. Утворення білого осаду підтверджує наявність у розчині аніонів І групи: якщо реакція розчину кисла, то присутній сульфат-аніон, якщо реакція розчину нейтральна або слаболужна, то присутні сульфіт-, карбонат- і фосфат-аніони. У досліджуваному розчині дробним ходом аналізу виявляють присутність окремих аніонів І аналітичної групи.

Рис. 2.73. Виявлення аніонів І групи

2. Виявлення аніонів ІІ аналітичної групи

Якщо відсутні аніони І групи, то виявляють аніони ІІ групи. До кількох крапель досліджуваного розчину додають кілька крапель розчину арґентум нітрату в присутності розчину нітратної кислоти з концентрацією 2 моль/л. Утворення осаду підтверджує присутність у розчині аніонів ІІ аналітичної групи, зокрема: чорний осад – присутній сульфід-аніон, білий – хлорид-аніон, жовтуватий – бромід-аніон, жовтий – йодид-аніон.

Рис. 2.74. Виявлення аніонів ІI групи

3. Виявлення аніонів ІІІ аналітичної групи

Якщо осад не утворюється, то аніонів ІІ аналітичної групи немає. Тому з нової порції досліджуваного розчину дробним методом відкривають аніони ІІІ аналітичної групи характерними реакціями ацетат-, нітрит- і нітрат-аніонів.

Виявивши в розчині катіони й аніони, встановлюють склад досліджуваної речовини.

Контрольні питання

1. Катіони якої групи містяться у розчині невідомої речовини, якщо до неї додали розчин натрій карбонату, а осад не утворився?

2. Про наявність катіонів якої групи свідчить утворення білого осаду під час додавання до досліджуваного розчину розчину хлоридної кислоти з концентрацією 2 моль/л?

3. Катіони якої групи можна виявити, діючи надлишком розчину лугу?

4. Якщо вам необхідно відділити катіони VI аналітичної групи від катіонів V аналітичної групи, то який реагент необхідно додати і чому?

5. Які катіони не заважають аналізу аніонів під час аналізу невідомої речовини?

Контрольні вправи

1. Розчині присутні катіони VI аналітичної групи: Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺. Якими будуть ваші дії під час відділення катіонів Купруму від інших катіонів? Відповідь підтвердити відповідними рівняннями реакції.

2. Пояснити, за допомогою якого реагенту можна виявити нітрит-йони в присутності нітрат-йонів, склавши відповідні рівняння реакцій.

3. Описати хід аналізу розчину, що містить катіони Ba²⁺, NH₄⁺.

4. Описати систематичний хід аналізу солі (NH₄)₂SO₄ склавши відповідні рівняння реакцій виявлення йонів.

5. Описати систематичний хід аналізу солі FeCl₃ склавши відповідні рівняння реакцій виявлення йонів.

Попередня тема

На початок

Наступна тема