Качественное и количественное определение ионов хрома (III) (стр. 2 из 5)

Для проведения теста отбирают немного смеси в пробирку и по каплям прибавляют разбавленную серную кислоту. Выделение газов указывает на присутствие в анализируемой смеси вышеуказанных анионов слабых, неустойчивых в кислой среде кислот.

Действие концентрированной серной кислоты на пробу. Концентрированная серная кислота при взаимодействии с анализируемым веществом может выделять газообразные продукты реакций также из фторидов, хлоридов, бромидов, иодидов, тиоцианатов, оксалатов, нитратов.

При наличии в анализируемом веществе фторидов выделяются пары фтороводорода HF; при наличии хлоридов – пары HCl и газообразный хлор; при наличии бромидов – пары HBr и газообразный жёлтый бром; при наличии иодидов – фиолетовые пары йода I₂ , при наличии тиоцианатов – газообразный диоксид серы, при наличии оксалатов – газообразные оксид СО и диоксид СО₂ углерода.

Перевод анализируемого вещества в раствор. Предварительные наблюдения и испытания позволяют сделать предположения и выводы о наличии тех или иных катионов и анионов в анализируемой смеси. Дальнейшее подтверждение этих предположений, а также прямые доказательства присутствия катионов и анионов получают при проведении дробного или систематического анализа. Для этого анализируемую смесь сначала переводят в раствор, подбирая подходящий растворитель.

Растворение пробы в воде. Вначале проверяют растворимость в воде при комнатной температуре и (в случае необходимости) при нагревании. Для этого 2—3 мг анализируемого вещества вносят в пробирку, прибавляют ~1,5 мл дистиллированной воды и перемешивают смесь некоторое время. Если вещество при этом полностью растворилось в воде, то большую часть вещества, отобранную для анализа, растворяют в возможно минимальном объеме дистиллированной воды и полученный раствор анализируют далее. Небольшую часть исходной твердой анализируемой пробы оставляют для проведения повторных или проверочных тестов, если это окажется необходимым.

Анализируемое вещество может растворяться в воде неполностью. Для выяснения того, произошло ли частичное растворение пробы в воде, смесь анализируемого вещества (2—3 мг) с водой в пробирке тщательно перемешивают, центрифугируют, отбирают 2—3 капли центрифугата, наносят на часовое или предметное стекло и выпаривают досуха. Если после выпаривания на стекле образовался налет твердого вещества, то это означает, что часть твердой пробы растворилась в воде. В таком случае к большей части исходной пробы прибавляют дистиллированную воду, смесь тщательно перемешивают, центрифугируют и отделяют центрифугат от осадка. Последний промывают 3—4 раза небольшимобъемом дистиллированной воды, присоединяя промывные воды к центрифугату. Промывные воды и центрифугат, представляющие собой водную вытяжку растворившейся части пробы, подвергают дальнейшему анализу отдельно от осадка, который далее испытывают на растворимость в кислотах,

Растворение пробы в кислотах. Растворимость в растворах кислот испытывают в том случае, когда анализируемое вещество нерастворимо или частично растворимо в воде. В первом случае проверяют растворимость в кислотах проб (2—3 мг) исходного твердого анализируемого вещества, во втором — проб (2—3 мг) осадка, оставшегося после отделения водной вытяжки.

Отдельно в разных пробирках испытывают растворимость проб в разбавленной уксусной кислоте, разбавленных и концентрированных НСl и НNО₃ при необходимости — также в царской водке (при комнатной температуре или при нагревании).

Для проведения теста в пробирки вносят по 2—3 мг анализируемой твердой фазы и прибавляют несколько капель соответствующей кислоты — разбавленной или концентрированной, наблюдая за тем, выделяются или не выделяются газообразные продукты реакций (СО₂,SО₂, Н₂S, NО₂). Если вещество не растворяется в кислоте при комнатной температуре, то испытывают его растворимость при нагревании.

При полном растворении пробы в той или иной кислоте для дальнейшего анализа используют полученный раствор.

В случае растворения пробы как в растворе НС1, так и в растворе НN0₃, для последующего анализа отбирают полученный азотнокислый раствор, так как нитраты менее летучи, чем хлориды, которые частично могут быть потеряны на дальнейших стадиях анализа.

Если проба частично растворяется в уксусной кислоте, то анализируемый образец обрабатывают уксусной кислотой, отделяют центрифугированием нерастворившийся остаток от раствора и уксуснокислый центрифугат подвергают дальнейшему анализу отдельно от осадка. Осадок же испытывают на растворимость в НСl, НNОз, в царской водке, каждый раз отбирая для дальнейшего анализа соответствующий раствор в случае частичного растворения пробы в той или иной кислоте.

Таким образом могут быть получены несколько растворов (водная вытяжка, растворы в разных кислотах), в которых предстоит открыть катионы и анионы. Это в целом облегчает ход анализа, так как уже на этапе растворения происходит частичное разделение некоторых катионов и анионов, которые могут мешать открытию друг друга, если они одновременно присутствуют в одном и том же растворе.

Когда анализируемая смесь содержит сульфаты свинца и катионов третьей аналитической группы, нерастворимые в кислотах, их можно перевести в растворимые в кислотах карбонаты кипячением с насыщенным водным раствором соды Na₂СО₃ и поташа К₂СО₃ или же сплавлением со смесью Nа₂СО₃ и К₂СО₃.

1.2 Классификация ионов по аналитическим группам

В качественном анализе неорганических веществ исследуются растворы солей, кислот и оснований, которые в водных растворах находятся в диссоциированном состоянии. Поэтому анализ водных растворов электролитов сводится к открытию отдельных ионов, а не элементов или их соединений.

Распределение ионов по аналитическим группам указывает на существование связи между аналитической классификацией ионов и периодической системой элементов Д. И Менделеева. Аналитическая классификация ионов отличается от распределения элементов по группам периодической системы, основанной на общем законе природы. Разделение катионов и анионов по группам основано на отношении ионов к действию реактивов, на сходстве и различии растворимости некоторых образуемых ими соединений и на других признаках.

1.2.1 Классификации катионов

Сероводородная классификация катионов

Аналитическая классификация находится в тесной связи с электронной структурой, а также с энергетической характеристикой ионов – ионными потенциалами, которые определяются как отношение заряда иона z к его радиусу r, т. е. z/r.

Катионы с низкими ионными потенциалами образуют сульфиды, которые не растворимы в сульфиде аммония и едких щелочах. Катионы с высокими ионными потенциалами образуют тиоангидриды – соединения, растворимые в сульфиде аммония и едких щелочах.

Кроме ионных потенциалов другими энергетическими характеристиками ионов, определяющих их поведение в растворах, является электростатическая характеристика z²/r (частное от деления квадрата заряда иона на его радиус) и сродство к электрону в водном растворе.

Классификация основана на различии растворимости хлоридов, сульфидов, гидроокисей и карбонатов различных элементов.Применяются следующие групповые реактивы: HCl, H₂S, (NH₄)₂S, (NH₄)₂CO₃, прибавляемых к анализируемой смеси в определённой последовательности.

Группа	Катионы	Групповой реагент
I	Li⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Mg²⁺	Нет
II	Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺	Раствор (NH₄)₂CO₃ в аммиачном буфере (рН ≈ 9,2)
III	Al³⁺, Cr³⁺Zn²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺	Раствор (NH₄)₂S (рН = 7 - 9)
IV	Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, As³⁺, As⁵⁺	Раствор H₂S при рН = 0,5
V	Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺	Раствор HCl

К первой аналитической группе, не имеющей группового реагента, относят катионы лития Li⁺, , натрия Na⁺, калия К⁺, аммония NH₄⁺и магния Mg²⁺. Так как эта группа катионов не имеет группового реагента, то катионы открывают в растворе с использованием различных аналитических реакций на каждый катион. Реакции проводят в определенной последовательности.

Ко второй аналитической группе относят катионы кальция Са²⁺, стронция Sr⁺ и бария Ва²⁺, принадлежащие второй группе периодической системы элементов. Групповым реагентом является водный раствор карбоната аммония в аммиачном буфере (рН ≈ 9,2). Групповой реагент осаждает указанные катионы из водного раствора в виде осадков малорастворимых в воде карбонатов СаСОз, SrСОз, ВаСОз.

Катионы кальция, стронция и бария не осаждаются из водных растворов при действии сульфида аммония или сероводорода, так как их сульфиды растворимы в воде.

К третьей аналитической группе относятся катионы алюминия А1³⁺, хрома Сr³⁺, марганца Мn²⁺, железа(II) Fе²⁺, желез(III) Fе³⁺, кобальта Со²⁺, никеля Ni²⁺ и цинка Zn²⁺.

Групповым реагентом является водный нейтральный или слабо щелочной (рН = 7—9) раствор сульфида аммония (в присутствии аммиака и хлорида аммония), который осаждает из водных растворов катионы алюминия и хрома в виде гидроксидов А1(ОН)з и Сr(ОН)з, а остальные катионы — в виде сульфидов МnS, FeS, Fe₂S₃,СоS, NiS, ZnS. В соответствии с этим катионы третьей аналитической группы, перечисленные в таблице, разделяют на две подгруппы. К первой подгруппе относят катионы алюминия А1³⁺, хрома Сr³⁺, ко второй подгруппе — катионы марганца Мn²⁺, железа(II) Fе²⁺, желез(III) Fе³⁺, кобальта Со²⁺, никеля Ni²⁺ и цинка Zn²⁺.