Тема 4.1. Качественный анализ

Химические методы качественного анализа. Понятие о качественных реакциях. Общие и частные аналитические реакции.

Реактивы, посуда, применяемые в качественном анализе. Характеристика аналитических катионов, анализ катионов, групповые реактивы на катионы. Анализ смеси катионов.

Классификация анионов. Анализ анионов. Групповые реактивы.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Основной задачей качественного химического анализа катионов и анионов является идентификация (открытие) того или иного иона, т.е. доказательство его присутствия или отсутствия в анализируемом объекте. Наилучшим образом эта задача была бы решена, если бы для каждого иона имелась характерная реакция, позволяющая открыть его в присутствии других ионов, т.е. использовать дробный метод анализа.

Дробный анализ – обнаружение иона или вещества в анализируемой пробе с помощью специфического реагента в присутствии всех компонентов пробы.

Однако, таких реакций известно немного. Обычно несколько ионов, а не один, взаимодействуют с химическим реагентом, давая различные продукты реакций, которые мешают однозначной идентификации каждого иона в отдельности.

Широкое распространение в аналитической химии получили групповые реагенты, которые используются при систематическом анализе катионов и анионов.

Групповой реагент дает сходные реакции с целой группой ионов, например, хлорид-ионы Cl^- осаждают из водных растворов, содержащих катионы серебра Ag⁺, ртути Hg⁺², свинца Pb⁺².

В связи с применением различных групповых реагентов, сформировались и различные аналитические классификации катионов по группам или различные химические методы качественного анализа катионов:

Сероводородный (сульфидный), аммиачно-фосфатный, кислотно-основной, карбонатный, бифталатный, сульфидно-основной, тиоцетамидный.

Наиболее распространенными являются три аналитические классификации катионов по группам: сероводородная (сульфидная), аммиачно-фосфатная и кислотно-основная, причем, сероводородный метод анализа в последнее время применяется все реже, т.к. он требует получения и применения токсичного сероводорода и довольно продолжителен.

Аналитическая классификация катионов по группам базируется на химических свойствах катионов и тесно связана с их электронным строением и положением соответствующих элементов в периодической системе. В основу той или иной аналитической классификации катионов по группам положены их сходство или различие по отношению к действию определенных аналитических реакций (растворимость в воде, в кислотах и щелочах, в растворах некоторых реагентов, способность к комплексообразованию, окислительно-восстановительные свойства). Применение групповых реагентов позволяет на практике подразделять многие катионы по аналитическим группам. Однако не существует такая аналитическая классификация катионов, которая охватывала бы все известные катионы или, по крайней мере, катионы всех металлов.

Рассмотрим кислотно-основную классификацию. Данная классификация по группам основана на использовании в качестве групповых реагентов водных растворов кислот и оснований – хлороводородной кислоты (HCl), серной кислоты (H₂SO₄), гидроксидов натрия (NaOH) или калия (KOH) и аммиака (NH₃). Катионы, открываемые в рамках данной классификации, подразделяют на шесть аналитических групп.

Кислотно-основная классификация катионов

Группа катионов	Катионы	Групповой реактив	Краткая характеристика группы
I	Na⁺ K⁺ NH₄⁺	----	----
II	Ag⁺ Pb2⁺ Hg²⁺	HCl	Хлориды не растворимы в воде и в разбавленных растворах кислот
III	Ba²⁺ Ca²⁺ Sr²⁺	H₂SO₄	Сульфаты нерастворимы в воде и в разбавленных растворах кислот
IV	Al³⁺ Cr³⁺ Zn²⁺	NaOH	Гидроксиды растворимы в избытке гидроксида натрия
V	Fe²⁺ Fe³⁺ Mn²⁺ Mg²⁺	NaOH	Гидроксиды нерастворимы в избытке гидроксида натрия и в аммиаке
VI	Cu²⁺ Hg²⁺ Cd²⁺	NH₄OH	Гидроксиды нерастворимы в избытке гидроксида натрия, но растворимы в избытке аммиака

Обратите внимание на общую характеристику 1 группы катионов. Она отличается от всех других групп тем, что в качестве реактивов применяются комплексные соли, поэтому учащимся необходимо уяснить различный характер диссоциации нормальных, двойных и комплексных солей.

Изучение реакции на катион аммония NH₄⁺ имеет большое значение, т.к. по открытию связанного и свободного аммиака судят о доброкачественности мясных полуфабрикатов.

Изучая ход анализа смеси катионов 1 группы, надо учесть следующее: открытие катионов натрия и калия становится невозможным, если в смеси присутствует катион аммония, наоборот, присутствие катионов натрия и калия не мешает открытию катиона аммония с помощью реакций со щелочами и реактивом Несслера. Поэтому первой операцией при анализе смеси катионов 1 группы будет предварительное открытие в отдельной пробе катиона аммония. Если катион аммония есть, его нужно удалить. Удаление катиона аммония основано на свойстве аммонийных солей (NH₄Cl) разлагаться при прокаливании. Затем следует проверить полноту удаления и только после этого открывать катионы натрия и калия. Ряд последовательных реакций, начинающихся с открытия катиона, мешающего открытию других ионов и его удаления, называется систематическим ходом анализа.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ОБУЧАЮЩИЙСЯ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ И УМЕТЬ:

- Сущность качественного анализа и его методы.

- Понятие о качественных реакциях. Общие и частные аналитические реакции.

- Характеристику аналитических групп катионов и анионов.. групповые реактивы на катионы и анионы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. В чем заключается задача качественного анализа?

2. Какие методы качественного анализа различают по количеству и состоянию анализируемого вещества?

3. Какие условия необходимо соблюдать при проведении аналитической реакции?

4. Какие реакции называют чувствительными, какие специфическими?

5. Какой реактив называется групповым?

6. На чем основана кислотно-основная классификация катионов?

7. На чем основана классификация анионов?