Характеристика третьої аналітичної групи катіонів
До третьої групи катіонів відносяться іони двовалентних металів Ва2+, Sr2+ та Са2+. Ці катіони безбарвні. Галогеніди, нітрати і ацетати цих катіонів добре розчиняються у воді. Гідроксиди катіонів цієї групи є сильними електролітами та розчинність їх зменшується в послідовності Ва (ОН)2 → Sr(OH)2 → Са(ОН)2. Сульфати барію, стронцію і кальцію погано розчиняються у воді, тому груповим реактивом є сірчана кислота. Найменш розчинний сульфат барію, а найбільш розчинний - сульфат кальцію. Внаслідок цього при додаванні сірчаної кислоти до суміші катіонів третьої групи осад BaSO4 виділяється миттєво, навіть з розведених розчинів, осад SrSO4 - через деякий час, a CaSO4 - тільки з концентрованих розчинів солей кальцію. Осадження CaSO4 завжди буває неповним. Солі барію і кальцію широко поширені в природі. Природна вода містить в розчині солі кальцію, чим обумовлена її твердість. Кальцій є одним з основних структурних компонентів кісток людини і тварин. Він необхідний для здійснення процесу передачі нервових імпульсів, для скорочення скелетних і гладких м'язів, кальцій бере участь в процесі згортання крові. Сполуки кальцію і барію входять до складу багатьох фармацевтичних препаратів. Сульфат кальцію (гіпс) застосовують при накладанні пов'язок і виготовленні зубних порошків. Хлорид і глюконат кальцію використовують для лікування при алергічних захворюваннях. Сульфат барію застосовується при рентгеноскопічних дослідженнях шлунка і кишечника як контрастний засіб (BaSO4 не пропускає рентгенівські промені).
ІІІ група катіонів (група сірчаної кислоти)
Прилади та реактиви: пробірки, лійки, фільтри, електроплитки, водяна баня.
Розчини: Барію хлорид (0,5 н) або барію нітрат (0,5 н), калію хромат (0,5 н), оцтова кислота (2 н), калію біхромат (0,5 н), натрію ацетат (0,5 н), стронцію хлорид (0,5 н) або стронцію нітрат (0,5 н), гіпсова вода, кальцію хлорид (0,5 н),калію гексаціаноферрат (ІІ) (0,5 н), натрію карбонат або калію карбонат (3н), амонію сульфат (насичений).
Характерні реакції катіону Ва2+
1. Реактив К2CrO4.
З іонами CrO42‾ катіони Ba2+ утворюють світло-жовтий кристалічний осад BaCrO4, нерозчинний в оцтовій кислоті.
В пробірку поміщають 3 краплі розчину хлориду барію, додають 3 краплі розчину хромату калію і 3 краплі розчину оцтової кислоти.
Напишіть рівняння реакції.
Ця властивість відрізняє BaCrO4 від SrCrO4, осад якого розчиняється в оцтовій кислоті. Катіони Ca2+ з хромат-іонами осад не утворюють. Тобто катіони Ba2+ можна відкривати даною реакцією в присутності катіонів Sr2+ та
Са2+.
2. Реактив K2Cr2O7.
Аналогічно взаємодіють з іонами Ва2+ іони Cr2O72+:
В пробірку поміщають 3 краплі хлориду барію, додають 3 краплі розчину біхромату калію і 4-5 капель розчину ацетату натрію і нагрівають на водяній бані :
2BaCl2 +K2Cr2O7 + H2O = 2BaCrO4 ↓ + 2HCl + 2KCl
2Ba2+ + Cr2O72+ + H2O = 2BaCrO4 + 2H+
В осад при даній реакції випадає не BaCr2O7 , а BaCrO4 , так як біхромат барію нестійкий в водних розчинах. Кислоту, яка утворюється в ході реакції, зв’язують дією ацетату натрію, при цьому утворюється мало дисоційована оцтова кислота:
Н+ + СН3СОО- → СН3СООН
Характерні реакції катіону Sr2+
1. Реактив СаSО4 (гіпсова вода).
Катіони Sr2+ відкривають дією розчину СаSО4 (гіпсова вода). Ця реакція базується на суттєво різній розчинності сульфатів стронцію та кальцію
(ДР SrSO4 ‹ ДР СаSО4)
Sr2+ + CaSO4 → SrSO4↓ + Ca2+
розчин
До порції досліджуваного розчину (4-6 капель) додають рівний об’єм гіпсової води , нагрівають суміш на водяній бані 4-5 хвилин і дають постояти. Випадання невеликої кількості кристалічного осаду буде ознакою наявності катіонів Sr2+.
Характерні реакції катіонів Са2+
1. Реактив (NH4)2C2O4 .
Катіони кальцію можна відкривати дією оксалату амонію в оцтовокисло- му середовищі, при цьому утворюється осад CaС2O4, практично нерозчинний в оцтовій кислоті.
В пробірку наливають 3 краплі розчину CaCl2, каплю розчину оцтової кислоти, потім додають 3 краплі розчину оксалату амонію і 2 краплі розчину аміаку. Напишіть рівняння реакції.
Цій реакції заважають катіони Ва2+ і Sr 2+, які необхідно усунути із сфери реакції. Із всіх реакцій ця реакція найбільш чутлива.
В ході аналізу катіони Ва2+ усувають перед відкриттям іонів Sr2+, тому для перевірки на катіони Са2+ необхідно провести відділення катіонів Sr2+.Для цього використовують реакцію з сульфатом амонію. На відміну від SrSO4 , сульфат кальцію значно розчиняється в надлишку сульфату амонію з утворенням нестійкої комплексної солі:
CaSO4↓ + (NH4)2SO4 → (NH4)2 [Ca(SO4)2]
Sr2+ іони переходять в осад і можуть бути відділені від іонів Са2+,які залишаються в розчині у вигляді даної комплексної солі.
2. Реактив K4[Fe(CN)6] .
Дана реакція характерна , іони Са2+ в присутності NH4+ при нагріванні з K4[Fe(CN)6] утворюють білий кристалічний осад. Дана реакція малочутлива.
Катіони Ва2+ і Sr2+ даної реакції не дають.
До досліджуваного розчину приливають невелику кількість розчинів NH4Cl і K4[Fe(CN)6] та нагрівають до кипіння. Через деякий час випадає білий кристалічний осад комплексної солі:
Са2+ + 2 NH4+ + [Fe(CN)6] 4- → (NH4)2Ca[Fe(CN)6]