1 аналитическая группа катионов уравнения реакций

Аналитическая химия. Катионы 1 аналитической группы

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Общая характеристика катионов первой аналитической группы

К первой аналитической группе относятся катионы щелочных металлов — К + , Na + NH 4 + . Большинство солей катионов 1-ой группы представляют собой кристаллические порошки, хорошо растворимые в воде. Вследствие этого катионы 1-ой аналитической группы не имеют группового реактива и их открывают с помощью специальных дробных реакций. Открытию катионов 1-ой аналитической группы мешают катионы других групп, поэтому при проведении качественного анализа из раствора сначала необходимо удалить катионы других групп с помощью осадочных реакций.

Калий и натрий образуют сильные основания КОН и Na ОН. Их соли с сильными кислотами типа соляной, серной, азотной в воде устойчивы и не подвергаются гидролизу. Гидроксид аммония NH 4ОН – слабое основание, поэтому соли аммония с сильными кислотами в воде легко гидролизуют. Соли аммония летучи и в отличие от солей щелочных металлов легко удаляются при нагревании и прокаливании смесей солей. Эти свойством пользуются при удалении из смеси солей аммония.

Катионы 1-ой аналитической группы широко распространены в природе, являясь важными составными частями земной коры, океанов, морей, биосферы. Их соли получили широкое распространение в химии, с.х. и т.д.

Применение в медицине и фармации солей катионов 1-ой аналитической группы

Катионы калия и натрия входят в состав протоплазмы, крови, тканей и органов растений и животных. Поэтому их используют в медицине и фармации.

Хлорид натрия входит в состав физиологических растворов, кровозаменителей, широко применяется как вспомогательное средство при приготовлении таблеток, микстур. Бромид натрия, бромид калия и бромид аммония часто применяют как средства, действующие на нервную систему, регулирующие ее деятельность. Сульфат натрия используют как слабительное средство.

Гидрокарбонат натрия применяют при повышенной кислотности желудочного сока, вводят в состав кровозаменяющих растворов, ряда лекарственных веществ для регуляции рН.

Гидроксид аммония в виде 10% раствора используют при обморочных состояниях, как средство, возбуждающее при вдыхании паров деятельность дыхательных центров, для мытья рук в хирургической практике.

Хлорид аммония применяют диуретическое и отхаркивающее средство.

Катионы калия, натрия и аммония входят в состав многих лекарственных препаратов типа кислот.

Реакции катионов натрия Na +

Реакция с дигидроантимонатом калия KH ₂ SbO ₄

Образуется белый мелкокристаллический осадок дигидроантимоната натрия, растворимый в щелочах и кислотах. Проведению реакции мешают соли лития.

Реакция с цинкуранилацетатом HZn ( UO ₂ ) ₃ ( CH ₃ COO ) ₉ *9 H ₂ O :

Образуется мелкокристаллический осадок цинкуранилацетата натрия. Осадок растворим в щелочах и кислотах. Проведению реакции мешают соли лития.

Реакция окрашивания пламени. При внесении солей натрия в пламя газовой горелки появляется желтая окраска пламени.

Реакции катионов калия К +

Реакция с гидротартратом NaHC ₄ H ₄ O ₆ :

Образуется белый мелкокристаллический осадок гидротартрата калия, растворимый в щелочах и кислотах. Проведению реакции мешают катионы аммония

Реакция с гексанитро(3) кобальтом натрия Na ₃ [ Co ( NO ₂ ) ₆ ]

Образующийся осадок желтого цвета растворим в кислотах и щелочах. Проведению реакции мешают катионы аммония.

Реакция с гексанитро(3) купратом свинца и натрия Na ₂ Pb [ Cu ( NO ₂ ) ₆ ]

Образуется осадок черного цвета, растворим в кислотах и щелочах.

Реакция окрашивания пламени. При внесении солей калия в пламя окраска пламени становится фиолетовой.

Реакция со щелочами:

NH ₄ Cl + NaOH → NH ₄ OH + NaCl

При проведении реакции вследствие разложения образующегося гидроксида аммония на аммиак и воду появляется запах аммиака. Выделение аммиака можно определить с помощью красной лакмусовой бумажки или фенолфталеиновой бумажки, смоченной водой. При выделении аммиака лакмусовая бумажка изменяет цвет на синий,а фенолфталеиновая бумажка краснеет.

Реакция с гидротартратом натрия.

Образуется белый кристаллический осадок гидротартрата аммония, растворимый в щелочах и кислотах. Проведению реакции мешают катионы калия.

Реакция с реактивом Несслера (смесь тетрайодо(2) меркурата калия с гидроксидом калия ) K ₂ [ HgI ₄ ]+ KOH :

Образуется красно-бурый осадок, растворимый в кислотах и щелочах. Реакция очень чувствительна и специфична.

Реакция с гексанитро(3) кобальтом натрия Na ₃ [Co(NO ₂ ) ₆ ]:

Образуется осадок желтого цвета, растворимый в кислотах и щелочах. Проведению реакции мешают катионы калия.

Реакция с гексанитро(3) купратом свинца и натрия Na ₂ Pb[Cu(NO ₂ ) ₆ ]

Образуется осадок черного цвета, растворим в кислотах и щелочах. Проведению реакции мешают катионы калия.

Возгонка и разложение аммониевых солей при нагревании. При нагревании соли аммония способны возгоняться, образуя белые налеты на охлаждающем предмете.

Анализ смеси катионов первой аналитической группы.

Смесь солей, содержащих катионы 1-ой группы, растворяют в воде и проводят качественные реакции. Ввиду того, что катионы калия и аммония дают одинаковые реакции, сначала открывают ион аммония специфичными для него реакциями с реактивом Несслера и со щелочами. В присутствии катиона аммония, калий открыть нельзя, поэтому для того, чтобы открыть калий. Необходимо удалить катион аммония. Удаление проводят, упаривая часть раствора и прокаливая осадок в тигле. Охлаждают тигель и растворяют осадок в воде. Полноту удаления аммония проверяют реактивом Несслера. Открытие катиона натрия осуществляют, используя раствор цинкуранилацетата, получившиеся кристаллы рассматривают под микроскопом

Катион калия открывают реакциями с гидротартратом натрия, гексанитро(3) кобальтом натрия и гексанитро(3) купратом свинца и натрия.

Общая характеристика катионов I аналитической группы

Первая группа катионов

К первой аналитической группе относят катионы Na + , K + и NH₄ + .

Соответствующие первым двум катионам элементы Na и К находятся в главной подгруппе первой группы периодической системы Д. И. Менделеева и являются s 1 — элементами. Все s 1 элементы — сильные восстановители, легко от- дают электрон, образуя катионы с зарядом + 1 и оболочкой инертного газа.

Катион NH₄ + сложный ион, свойства его сходны со свойствами катиона К + , что объясняется зарядом ионов и близким значением их ионных радиусов. Сходные свойства приводят к одинаковому действию некоторых реактивов на эти ионы.

Соединения катионов Na + , K + , NH₄ + , как правило, характеризуются хорошей растворимостью в воде и других полярных растворителях. Именно поэтому группа не имеет группового реактива. Только с крупными анионами катионы I группы дают труднорастворимые соединения, например, КНС₄Н₄О₆, Na₃[Со(NO₂)₆], K[Sb(OH)₆]. Поэтому реактивы, содержащие подобные анионы, служат для обнаружения катионов I группы.

Гидроксиды калия и натрия — сильные щелочи, раствор аммиака в воде (гидроксид аммония NH₄OH) — слабое основание.

Ионы Na + и К + гидролизу не подвергаются, поэтому соли этих катионов и сильных кислот имеют нейтральную реакцию раствора, а соли слабых кислот — щелочную. Катион NH₄ + гидролизуется:

Следовательно, его соли, образованные сильными кислотами, имеют кислую реакцию раствора, а соли слабых кислот — нейтральную, слабокислую или слабощелочную, в зависимости от константы диссоциации слабой кислоты.

Катионы К + , Na + , NH₄ + в растворе бесцветны и большинство их соединений также бесцветны, окрашенными являются соли, например, К₂СrO₄ (анион СrO 2- имеет желтую окраску), КМпО₄ (анион МпО₄ — имеет фиолетовую окраску).

Катионы I группы не проявляют способности к комплексообразованию, но могут входить во внешнюю сферу комплексных соединений.

Ионы Na + и К + имеют постоянную, устойчивую степень окисления и не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Катион NH₄ + может быть окислен только

очень сильными окислителями (хлорная вода, царская водка и другие) до свободного азота. Характерными реакциями этих ионов являются реакции обмена.

Соединения катионов I группы склонны к образованию пересыщенных растворов, поэтому при выполнении аналитических реакций, сопровождающихся образованием осадков, требуется тщательное перемешивание реакционной смеси. Как правило, осадки медленно кристаллизуются и имеют характерную форму кристаллов, что позволяет открывать эти ионы микрокристаллоскопическими реакциями. Для обнаружения катионов Na + и К + широко используют метод окрашивания пламени.

Реакции катиона калия К +

1. Гидротартрат натрия NaHC₄H₄O₆(кислая соль винной кислоты) об- разует с растворами солей калия белый кристаллический осадок:

Осадок растворим в минеральных кислотах и щелочах (образование средних солей). Составьте и запишите соответствующие уравнения реакций.

Опыт.В пробирку налить 4 — 5 капель раствора соли калия (КСl, KNO₃, K₂SO₄), прибавить равный объем гидротартрата натрия. Перемешать реакционную смесь стеклянной палочкой (если осадок не выпадает, слегка потереть ею о стенки пробирки) и охладить раствор под струей водопроводной воды. Чтобы убедиться в том, что осадок кристаллический, следует, закрыв про- бирку, сильно наклонить ее и рассмотреть прилипшие к стенкам и ко дну кристаллы КНС₄Н₄О₆ (при подобном испытании аморфные и мелкокристаллические осадки легко отстают от стенок пробирки).

Испытать действие кислот и щелочей на осадок. Для этого, взмутив раствор, разделить его на три пробы. К первой добавить 1 — 2 капли сильной кислоты, ко второй — щелочи. К содержимому третьей пробы прибавить 2 капли дистиллированной воды и нагреть на водяной бане, осадок растворится. Он также растворяется при добавлении холодной воды. Реакция эта сравнительно малочувствительна (предельное разбавление 1:1000). На основании вышеизложенного можно сделать заключение об условиях проведения реакции. Реакцию необходимо проводить в нейтральной среде, при охлаждении и при достаточно большой концентрации ионов калия (разбавленные растворы можно предварительно упарить). Открытию катиона К + мешают ионы NH₄ + , образующие с реактивом аналогичный осадок.

2. Гексанитрокобальтат(III) натрияNa₃[Co(NO₂)₆] образует с катионом К + кристаллический желтый осадок комплексной соли гексанитро(III)кобальтата натрия-калия:

Осадок растворим в сильных кислотах (образование нестойкой кислоты Н₃[Со(NO)₂)₆]). Присутствие щелочей мешает реакции, так как щелочь разлагая реактив, образует темно-бурый осадок Со(ОН)₃.

Опыт.В пробирку налить 1 — 2 капли раствора КС1, прибавить 1 — 2 капли раствора реактива. Если осадок не выпадает, потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки. Убедиться в том, что осадок кристаллический. Разделить осадок на две части. К первой добавить сильную кислоту до растворения осадка, ко второй — 4-5 капель уксусной кислоты СН₃СООН (осадок не растворяется). Следовательно, реакцию необходимо проводить в нейтральной или слабокислой среде. Кроме того, следует учесть, что реактив должен быть свежеприготовленным, т. к. он сравнительно быстро разлагается и его бурая окраска переходит в розовую. Катион NH₄ + мешает обнаружению иона К + . Реакция более чувствительная, чем первая (предельное разбавление составляет 1 : 13000).

3. Гексанитрокупрат (II) натрия-свинца Na₂Pb[Cu(NO₂)₆]образует с катионами К + черные или коричневые кристаллы кубической формы:

Опыт А)В пробирку налить 2-3 капли раствора КС1, прибавить равный объем реактива, дать постоять и рассмотреть образовавшийся осадок.

Б)Реакцию можно выполнять микрокристаллоскопическим методом. На чистое, сухое предметное стекло нанести каплю раствора соли калия, выпарить досуха, охладить и обработать каплей реактива. Через минуту рассмотреть образовавшиеся кристаллы под микроскопом (рис. 1).

Условия проведения реакции — в слабокислой или нейтральной среде (рН = 6 ÷ 7). Реакция достаточно чувствительная, обнаруживаемый минимум 7,5 мкг.

2. Окрашивание пламени.Ионы К + окрашивают пламя в бледно- фиолетовый цвет.

Опыт.Платиновую или нихромовую проволочку тщательно очистить, для чего смочить ее в растворе НС1 и прокалить в пламени горелки до полного исчезновения окраски пламени. Ушком раскаленной проволочки при- коснуться к кристаллам соли калия и внести его в пламя горелки. Фиолетовое окрашивание пламени лучше наблюдать через синее стекло или флакон с раствором индиго.

Реакции катиона натрия Na +

1. Гексагидроксостибат (V) калияK[Sb(OH)₆] образует с катионом Na + белый кристаллический осадок Na[Sb(OH)₆]:

Осадок растворим в щелочи:

Кислоты разлагают реактив с образованием аморфного осадка метасурьмяной кислоты HSbO₃:

Опыт.В пробирку налить 2 — 3 капли раствора соли NaCl, прибавить равный объем реактива, перемешать стеклянной палочкой и, если осадок не выпадает, потереть ею о стенки пробирки и охладить. Убедиться в том, что осадок кристаллический. Реакция малочувствительная, обнаруживаемый минимум — 0,3 мг. Реакция проводится в строго нейтральной среде при достаточно большой концентрации ионов Na + в растворе, при охлаждении и в отсутствии катионов NH₄ + .

2. Окрашивание пламени.Соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет. Окраска устойчивая, не исчезает в течение нескольких секунд. Реакция очень чувствительная; предел обнаружения этой реакции составляет 3 ∙ 10 -4 мкг, поэтому с ее помощью можно открывать ион Na + как примесь в реактивах. Вывод о присутствии натрия надо делать с большой осторожностью, только при очень яркой окраске пламени.

Опыт.Реакция проводится так же, как и на ион К + .

Реакции катиона аммония NH₄ +

1. Щелочи NaOH и КОНпри нагревании разлагают соли аммония с вы- делением газообразного аммиака:

Опыт.В пробирку поместить 2 — 3 капли соли аммония, прибавить 1 — 2 капли раствора щелочи (не касаясь края пробирки) и нагреть. Выделение аммиака можно обнаружить по характерному запаху (специфическая реакция) или по изменению окраски влажной индикаторной бумаги, поднесенной к отверстию пробирки. Красная лакмусовая бумага синеет.

Реакция чувствительная, обнаруживаемый минимум — 0,01 мкг.

2. Реактив Несслера— раствор тетраиодомерурат (II) калия K₂[HgJ₄] и КОН образует с солями аммония красно-бурый аморфный осадок иодида оксодимеркурат (II) аммония [NH₂Hg₂O]J:

Опыт.К капле разбавленного раствора соли аммония на предметном стекле (или в пробирке) добавить 1-2 капли реактива Несслера. Наблюдать выпадение осадка.

Реакция очень чувствительная (обнаруживаемый минимум — 0,25 мкг).

Условия проведения опыта: при выполнении опыта необходимо брать избыток реактива Несслера, так как осадок растворим в солях аммония; открытию катиона NH₄ + мешают катионы Fe 3+ , Cr 3+ , Co 2+ , Ni 2+ и другие, образующие окрашенные осадки с КОН.

В табл.1 представлены результаты действия некоторых реагентов на катионы I группы.

Частные реакции катионов первой аналитической группы

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

Реакции обнаружения катиона калия К +

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

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

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

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

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

Реакция является фармакопейной.

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

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

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

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

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

Эта реакция используется при анализе фармацевтиче­ских препаратов.

Реакции обнаружения катиона натрия Na +

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 8.1. Кристаллы уранилацетата натрия

Реакция используется в фармакопее.

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

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

Реакции обнаружения катиона аммония NH + ₄

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

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

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

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

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

Дата добавления: 2014-11-13 ; просмотров: 58 ; Нарушение авторских прав