Аналитические реакции катионов лития Li (I)

РУКОВОДСТВО

К лабораторно-практическим занятиям

По аналитической химии

Для студентов 2 курса фармацевтического факультета

Оренбург, 2010

Авторы: С.И. Красиков,

Е.И. Шостак

Руководство рассмотрено на заседании цикловой методической комиссии медико-биологических дисциплин 21 сентября 2005 года и рекомендовано к изданию.

Введение

Аналитическая химия – наука экспериментальная, однако, чтобы в будущем химик-аналитик мог успешно развивать новые направления и самостоятельно решать практические задачи, он должен глубоко усвоить теоретические основы современных методов анализа. Глубоко постичь предмет невозможно без практических работ в лаборатории, этому, несомненно, способствует решение задач, касающихся теории и практики различных разделов аналитической химии.

Настоящие методические указания рекомендуются студентам 2 курса фармацевтического факультета в помощь для самостоятельной подготовки к практическим занятиям и выполнению лабораторных работ по аналитической химии.

При подготовке любого фармацевта ему важно видеть вещество, наблюдать его превращения, получать новые соединения, самому исследовать их свойства. При изучении аналитической химии, кроме того, нужно надежно определять количественные характеристики реакций, научиться точно измерять, определять состав и что существенно – воспитать в себе уважение в точности во всем, что касается эксперимента, к тщательности и аккуратности. Все это дает практикум по аналитической химии. Еще более важно, что этот практикум позволяет ознакомиться с аналитическими приборами и оборудованием, которые в практической работе используются фармацевтами.

В сборник включены планы 18 занятий, в которых указаны тема, цель занятия, исходный уровень и содержание занятия. Для самопроверки уровня домашней подготовки и усвоения учебного материала даны по каждой теме контрольные вопросы и задачи, на которые студент должен ответить. Этой же цели служит и самостоятельная работа, которую студенты выполняют по индивидуальным заданиям и под контролем преподавателя.

В плане имеется подробное описание лабораторных работ, либо даны ссылки на методические пособия, в которых эти работы изложены. Для подготовки к занятиям рекомендуется материал лекций, учебники, учебные пособия. Они приведены в конце плана каждого занятия в разделе «Литература для самоподготовки студента». Учебно-методические разработки составлены в соответствии с новой действующей программой по аналитической химии и рекомендуются в качестве учебно-методической литературы для студентов 2 курса фармацевтического факультета ОрГМА. По окончании курса аналитической химии студент должен научиться прогнозировать результаты физико-химических процессов, опираясь на основные теоретические положения, а также научно обосновать наблюдаемые явления. Для достижения этой цели в преподавании аналитической химии применяется метод моделирования ситуаций.

З А Н Я Т И Е № 1

I.Тема: Аналитические реакции катионов первой группы по кислотно – основной классификации.

II. Цель: Научиться рассчитывать основные характеристики

аналитических реакций и уметь определять в пробах

катионы первой группы.

III. Исходный уровень.

1. Понятие о способах выражения концентрации растворов.

2. Знание основных свойств s-элементов и их изложение в

зависимости от положения в периодической системе.

3. Знание строения и свойств комплексных соединений.

IV. Содержание занятия.

1. Контроль выполнения домашнего задания.

2. Практическая часть.

Учебно-целевые вопросы.

2.1. Основные понятия аналитической химии:

а) метод анализа вещества;

б) методика анализа;

в) виды анализа.

2.2. Применение методов аналитической химии в фармации.

2.3. Аналитические признаки веществ и аналитические реакции.

а) типы аналитических реакций и реагентов;

б) характеристики чувствительности аналитических реакций.

2.4. Подготовка образца к анализу (средняя проба, масса пробы, растворение пробы и ее обработка растворами соды, поташа или сплавлением с солями).

2.5. Качественный анализ. Классификация методов качественного анализа.

2.6. Кислотно-основная классификация катионов по группам.

2.7. Аналитические реакции катионов I группы (Li⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺⁾.

Задачи.

2.8. При открытии катионов кальция Са²⁺ реакцией с сульфат-ионами SO₄^2- в водном растворе по образованию белого малорастворимого мелкокристаллического осадка сульфата кальция CaSO₄×2Н₂О:

Ca²⁺ + SO₄^2- + 2H₂O → CaSO₄∙2H₂O

предел обнаружения (открываемый минимум) равен m=0,04 мкг = 0,04 g, а предельное разбавление V_lim = 1,25×10⁶см³/г. Рассчитайте предельную концентрацию С_lim = С_min и минимальный объем V_min предельно разбавленного раствора.

2.9. Предел обнаружения катионов натрия Na⁺ в водном растворе микрокристаллоскопической реакцией с комплексным октаацетатотриуранилатом цинка Zn[(UO₂)₃ (СН₃СОО)₈] - цинкуранилацетатом

Na⁺ + Zn [(UO₂)₃(CH₃COO)₈] + CH₃COO^- + 9H₂O → NaZn [(UO₂)₃(CH₃COO)₉] ∙ 9H₂O

равен m= 0,125 мкг = 0,125 g при V_min = 0,05 см³. Определите предельное разбавление V_lim для данной реакции.

2.10. Для реакции обнаружения катионов калия К⁺ с тетрафенилборатом натрия Na[B(C₆H₅)₄] :

Na[B(C₆H₅)₄] + K⁺ → Na⁺ + K[B(C₆H₅)₄]

найдено, что предел обнаружения катионов калия равен m(К⁺ )= 1 мкг, предельное разбавление V_lim= 5×10⁴ см³/г. Определите предельную концентрацию С_lim катионов калия и минимальный объем V_min.

Лабораторные работы.

Аналитическая классификация катионов связана с их разделением на аналитические группы при последовательном действии групповыми реагентами. В нашем курсе аналитической химии подробно рассматривается кислотно-щелочная схема разделения катионов, поэтому их аналитические реакции целесообразно изучать в соответствии с этой классификацией:

Номер группы	Катионы
I	Li (I), NH4+, Na (I), K (I).
II	Ag (I), Hg (I), Pb (II).
III	Ca (II), Sr (II), Ba (II)
IV	Zn (II), Al (III), Sn (II, IV), Cr (III), As (III, V)
V	Sb (III, V), Bi (III), Mn (II), Fe (II, III), Mg (II)
VI	Co (II), Ni (II), Cu (II), Hg (II), Cd (II)

При изучении реакций обнаружения все этапы работы следует фиксировать в лабораторном журнале (полные и краткие ионные уравнения реакций, в ОВР расстановка коэффициентов проводится с помощью полуреакций). Форма записи приведена ниже в таблице 1:

Таблица 1.Реакции обнаружения катиона магния

Реагент	Уравнение реакции	Наблюдения	Условия проведения реакции
Na2HPO4, NH3	MgCl2+Na2HPO4 + NH3 = MgNH4PO4↓ + 2 NaCl Mg2+ + HPO42- + NH3 = MgNH4PO4↓	Образуется белый кристаллический осадок.	Реакцию следует проводить в аммиачном буферном растворе.

Аналитические реакции катионов первой группы по кислотно-основной классификации: Li (I) , Na (I) , K (I) , NH₄⁺.

Аналитические реакции катионов лития Li (I).

а) Реакция с тороном.Бензол – 2' - арсоновая кислота – (1' – азо - 1) 2-оксинафталин - 3,6 дисульфокислота, тринатриевая соль (торон) в щелочной среде имеет оранжево-красную окраску, а комплекс лития с тороном – желтую.

Природа связи в комплексе неизвестна. Соединение не экстрагируется хлороформом, бутанолом, амилацетатом. Предел обнаружения лития – 2мкг.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 2 капли раствора торона, 2 капли 30,00%го раствора NaOH и 1 каплю анализируемого раствора. В присутствии ионов лития раствор окрашивается в желтый цвет, в отсутствие ионов лития остается оранжево-красным (контрольный опыт).

В присутствии мешающих катионов [Ca(II), Sr(II), Ba(II), Mg(II), Ni(II), Co(II), Be (II)] реакцию проводят следующим образом: к 4-5 каплям раствора добавляют 1-2 капли насыщенного раствора ЭДТА, 2 капли 30,00%-ного раствора NaOH и 1-2 капли раствора торона.

б) Реакция с 8-оксихинолином.Катионы лития образуют в растворе с 8-оксихинолином C₉H₆NOH продукт реакции красного цвета(по-видимому, оксихинолинат лития C₉H₆NOLi), который в УФ-излучении флоуресцирует голубым светом:

Li⁺ + C₉H₆NOH → C₉H₆NOLi↓ + H⁺

Выполнение реакции. Небольшое количество кристаллического хлорида лития LiCI растворяют в ~5 каплях 95%-го этанола и прибавляют ~25 капель раствора, приготовленного из 2 частей (по объему) 0,03%-го раствора 8-оксихинолина, 1 части 0,12%-го раствора KOH и 14частей 0,08%-го раствора уксусной кислоты. Смесь разбавляют до ~10,00 мл 95,00%-м этанолом. При облучении раствора УФ - светом наблюдается яркая голубая флуоресценция (свечение) раствора.

Если каплю смеси нанести на фильтрованную бумагу и облучить ее УФ – светом, то наблюдается свечение пятна.

Мешают катионы магния Mg(II), которые можно замаскировать прибавлением раствора комплексона – ЭДТА.

в) Реакция с фторидами аммония или калия. Катионы лития при реакции со свежеприготовленным раствором феррипериодатом калия K₂[FeIO₆] в присутствии КОН и NaCl образуют бледно-желтый осадок ферриопериодата лития и калия LiK[FeIO₆].

Выполнение реакции.

Поместите в пробирку 2-3 капли раствора хлорида лития, прибавьте к нему столько же капель раствора фторида аммония и 2-3 капли раствора аммиака. Смесь нагрейте до кипения. При этом медленно выделяется белый аморфный осадок фторида лития.

Подействуйте на полученный осадок уксусной кислотой (3 капли), осадок растворяется. Фториды других щелочных металлов растворимы в воде и не осаждаются фторидом аммония. Реакцию с NH₄F применяют для открытия и отделения Li⁺ от остальных катионов щелочных металлов.