Аналітична класифікація катіонів

В основу класифікації іонів в аналітичній хімії поставлена відмінність в розчинності утворюваних ними солей і гідроксидів, що дозволяє відокремлювати (або відрізняти) одні групи іонів від інших.

Існують різні системи групового поділу іонів: сірководнева, кислотно-основна, аміачно-фосфатна, тіоацетамідная і т. д. Кожна з цих систем має свої переваги і недоліки. Основним недоліком сірководневої системи є необхідність роботи з сірководнем, що вимагає хорошої вентиляції, схильність до утворення колоїдних сульфідних опадів, в результаті чого порушується розділення катіонів на групи, і т. д. У кислотно-основний системі при поділі груп можна зустрітися з труднощами, особливо якщо концентрації поділюваних катіонів сильно розрізняються. З такими ж труднощами можна зустрітися і в інших системах поділу. Свідомий підхід до групового розділення дозволяє в кожному конкретному випадку використовувати для цієї мети метод, найбільш підходящий для аналізованої суміші іонів.

Класичний систематичний метод якісного аналізу катіонів заснований на сульфідної класифікації катіонів, в якій катіони поділяються на п'ять груп на підставі відмінності в розчинності їх сульфідів, хлоридів, карбонатів і гідроксидів (див. табл. 3).

Грунтуючись на наведених у табл. 3 даних, операцію виявлення катіонів різних аналітичних груп проводять наступним чином.

1. Досліджуваний розчин підкислює розведеної НCl. При цьому іони V групи осідають у вигляді відповідних хлоридів.

2. Відокремивши осад, пропускають через кислий розчин газоподібний H2S. При цьому катіони IV групи осідають у вигляді сульфідів. Для відділення іонів IVБ підгрупи осад обробляють Na2S, після чого в осаді залишаються тільки сульфіди катіонів IVа підгрупи.

3. Розчин після відділення осаду сульфідів іонів IV групи нейтралізують NH4OH (з NH4C1) і обробляють (NH4) 2S. При цьому осаджуються сульфіди або гідроксиди (у разі А13 +, Сг3 +) катіонів III групи.

4. Зруйнувавши надлишок (NH4) 2S кип'ятінням з оцтової кислотою, на розчин діють (NH4) 2CO3. При цьому катіони II групи випадають в осад у вигляді карбонатів, а катіони I групи залишаються в розчині, де їх і відкривають.

Виявлення іона NH4 +, який в ході аналізу вводять у розчин з реактивами, проводять в окремій порції досліджуваного розчину за допомогою специфічної реакції (луг у газовій камері) або реактиву Несслера, що представляє собою суміш K2 [HgI4] і КОН. Реактив Несслера при взаємодії з солями амонію утворює червоно-бурий осад:

NH4C1 + 2K2 [HgI4] + 4КОН = [OHg2NH2] I + 7KI + KCl + 3H2O

Зв'язок сульфідної класифікації катіонів з електронною конфігурацією атомів і іонів
Розчинність солей і гідроксидів катіонів, що лежить в основі аналітичної класифікації, як і всі інші властивості катіонів, функціонально пов'язана з положенням відповідних елементів в періодичній системі.
Катіони s-елементів, що мають 2 - і 8-електронним зовнішнім шаром (Li +, Na +, K +, Mg2 +, Са2 +, Sr2 +, Ba2 + тощо), є слабкими поляризаторами і майже не поляризуються самі. При взаємодію таких катіонів з сульфід-іонами не відбувається помітної деформації електронних оболонок. Такі катіони, як правило, не утворюють важкорозчинних у воді сульфідів і відносяться до I та II аналітичним групам. Катіони Ag +, Hg2 +, As (III), As (V), Sn +, Sb (III), Pb2 +, Bi3 + та ін, що мають багато електронної зовнішнім шаром (18 і 18 + 2), є сильними поляризаторами і в той же час легко поляризуються самі. При взаємодію таких катіонів з легко деформуються електронними оболонками сульфід-іонів відбувається сильна поляризація обох іонів і значна деформація їх зовнішніх електронних оболонок. Відповідно до цього всі катіони, що володіють зовнішньої електронної структурою 18е-або (18 + 2e-) як правило, утворюють сульфіди з дуже малими значеннями констант розчинності і тому належать до IV і V аналітичним групам.
Катіони з перехідною електронної структурою, тобто з незакінченою 18-електронним зовнішнім шаром (Mn2 +, Fc2 +, Fe3 +, Co2 +, Ni2 + та ін), займають проміжне положення. Будучи порівняно сильними поляризаторами, вони в той же час помітно поляризуються самі і тому при взаємодії з сульфід-іонами дають важкорозчинні сульфіди. Ці катіони утворюють III аналітичну групу. Їх сульфіди мають значно більші значення констант розчинності, ніж катіони IV і V груп.
Таким чином, сульфідна класифікація катіонів, заснована на ознаці, що має на перший погляд суто практичний характер, ні в якій мірі не випадкова, а пов'язана з електронною конфігурацією атомів і іонів.
Група катіонів
I
II
III
IV
V
А
Б
А
Б
Характеристика групи
Сульфіди і карбонати розчинні у воді
Сульфіди розчинні у воді, карбонати --   немає
Сульфіди або утворюються замість них   гідроксиди розчинні у розведена кислота
Сульфіди нерозчинні в розведених   кислоти
Гідроксид амфітерни
Гідроксид неамфотерни
Сульфіди нерозчинні в Na2S
Сульфіди розчинні у Na2S
Хлориди нерозчинні у воді
Катіони
Na +, K +, NH4 +
Mg2 +,   Ca2 +, Sr2 +, Ba2 +
Al3 +,   Cr3 +, Zn2 +
Fe2 +,   Fe3 +, Mn2 +, Co2 +, Ni2 +
Cu2 +,   Bi3 +, Cd2 +
As (III,   V), Sb (III, V), Sn2 +, Sn (IV), Hg2 +
Ag +,   Hg22 +, Pb2 +
Груповий реагент
Ні
(NH4) 2CO3
(NH4) 2S в   присутності NH4OH і NH4Cl
H2S у присутності HCl
HCl

Список літератури Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://chemistry.narod.ru/ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://chemistry.narod.ru/