Анализ смесей катионов

Групповыми реагентами в качественном анализе катионов являются кислоты, сильные основания, аммиак, карбонаты, фосфаты, сульфаты щелочных металлов, окислители и восстановители. Объединение веществ в аналитические группы основано на использовании сходства и различий в их химических свойствах.

К наиболее важным аналитическим свойствам относятся способность элемента образовывать различные типы ионов, цвет и растворимость соединений, способность вступать в те или иные реакции.

Групповые реагенты выбирают из общих реактивов, поскольку необходимо, чтобы групповой реагент выделял относительно большое число ионов. Основной способ разделения – осаждение, т.е. деление на группы, основано на различной растворимости осадков катионов в определенных средах. При рассмотрении действия групповых реагентов можно выделить следующие группы:

Таблица 1

Группа	Катионы
Сульфатная	Ba2+, Sr2+, Ca2+
Хлоридная	Ag+, Pb2+, Hg2+
Тиосолей	Sn2+, Sn(IV), Sb3+, Sb(V), Hg2+
Гидроксидная	Sn2+, Sn(IV), Pb2+, Sb3+, Sb(V), Cr3+, Al3+, Zn2+
Аммиачная	Co2+, Ni2+, Cu2+, Ag+, Zn2+, Cd2+

Кроме того, остаются три катиона (Na⁺, K⁺, NH₄⁺) не образующие осадков с указанными групповыми реагентами. Их также можно выделить в отдельную группу.

Помимо указанного общего подхода, при выборе групповых реагентов исходят из значений произведений растворимости осадков, т.к. варьируя условия осаждения, можно разделить вещества из группы действием одного и того же реагента.

Наибольшее распространение получила кислотно-основная классификация катионов. Достоинства кислотно-основного метода систематического анализа: а) используются основные свойства элементов – их отношение к кислотам, щелочам; б) аналитические группы катионов в большей степени соответствуют группам периодической системы элементов Д.И. Менделеева; в) значительно сокращается время проведения анализа по сравнению с сероводородным методом.

Исследование начинают с предварительных испытаний, в которых устанавливают рН раствора по универсальному индикатору и обнаруживают ионы NH₄⁺, Fe³⁺, Fe²⁺ специфическими и селективными реакциями.

Разделение на группы. Общая схема на группы дана в табл.2. В анализируемом растворе прежде всего отделяют катионы I и II групп. Для этого 10-15 капель раствора помещают в пробирку и добавляют по каплям смесь 2М HCl и 1М H₂SO₄. Оставляют осадок на 10 мин, затем его центрифугируют и промывают водой, подкисленной HCl. В осадке смесь хлоридов и сульфатов Ag⁺, Pb²⁺, Ba²⁺, Ca²⁺. Возможно и присутствие основных солей сурьмы. В растворе катионы III-VI групп.

Из раствора отделяют III группу прибавлением нескольких капель 3%-го H₂O₂ и избытка NaOH при нагревании и перемешивании. Избыток пероксида водорода удаляют кипячением. В осадке - гидроксиды катионов IV-V групп, в растворе – катионы III и VI групп и частично Ca²⁺, который может неполностью осадиться в виде CaSO₄ при отделении I и II групп.

Из осадка отделяют катионы V группы. Осадок обрабатывают 2н Na₂CO₃ и затем избытком NH₃ при нагревании. Катионы V группы переходят в раствор в виде аммиакатов, в осадке – карбонаты и основные соли катионов IV группы.

Таблица 4