ЗАНЯТИЕ №3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ III АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ
Химико-аналитические свойства катионов третьей аналитической группы Ba2+, Sr2+ , Ca2+
S2-Элементы входят во II А - подгруппу периодической системы Д.И.Менделеева. Степень окисления у катионов этих элементов постоянна и равна +2, они имеют устойчивые оболочки типа инертного газа. Электронные формулы, радиусы (нм) и ионные потенциалы катионов
Са2+ 3 s2 3p6 0,104 0,192
Sr2+ 4 s24 p6 0,120 0,167
Ba2+ 5 s25 p6 0.138 0,143
По сравнению с катионами s1-элементов их радиусы меньше, заряд больше, поэтому они обладают более высокими поляризующими свойствами. Основность и растворимость гидроксидов этих элементов увеличивается с ростом атомной массы в связи с уменьшением их поляризующих свойств и увеличением радиуса иона. Наиболее выраженной основностью обладает Ва (ОН)2. Благодаря этому s2-элементы называются щелочноземельными. Основность их гидроксидов меньше, чем у s1-элементов.
Щелочноземельные металлы образуют большее, по сравнению с катионами s1-элементов, количество малорастворимых соединений, что связано с их большим зарядом и высоким поляризующим действием. В воде хорошо растворимы галогениды (кроме фторидов), ацетаты, сульфиды, нитраты катионов II А - подгруппы. Растворимость СаSO4, SrSO4, ВаSO4 и СаCrO4, SrCrO4, ВаCrO4 понижается с увеличением радиуса иона(увеличение ковалентной связи). Карбонаты, фосфаты и оксалаты катионов s2-элементов в воде растворимы плохо, причем их растворимость также понижается с увеличением радиуса иона. Стандартные потенциалы редокс - пар М2+/М имеют высокие отрицательные значения, что свидетельствует об устойчивости катионов s2-элементов к действию восстановителей.
В водных растворах катионы щелочноземельных металлов гидратированы, образуя бесцветные аква-комплексы с координационным числом 6. Катионы s2-элементов склонны к комплексообразованию по электростатическому типу. Их комплексы лабильны, имеют низкую устойчивость, которая повышается при возрастании электростатической характеристики. Более устойчивые комплексы с ними дают лиганды с кислородными атомами, несущими отрицательные заряды
(S2O32-).Комплексные соединения с рядом органических реагентов используют для их обнаружения и количественного определения. Комплексов с неорганическими лигандами катионы s2-элементов образуют мало(в основном с F- и S2O32-).Только Са2+ образует непрочный комплекс с аммиаком, что используется при разделении катионов. Для обнаружения катионов s2-элементов применяют пробы окрашивания пламени, реакции осаждения и комплексообразования.
Соединения s2-элементов широко применяются в медицине. Лекарственными препаратами являются следующие соли: ВаSO4-рентгеноконтрастное средство. CaCl2*6H2O, глюконат кальция Ca(C6H11O7)2*H2O, лактат кальция Са(С3Н5О3)2*5Н2О являются регуляторами обмена кальция, обладают противоаллергическими, кровоостанавливающими и противовоспалительными свойствами Вещества, в состав которых входят катионы III аналитической группы, являются физиологически активными и входят в состав ряда лекарственных веществ. Из солей, в состав которых входят катионы III аналитической группы, широкое применение в медицине нашли соли кальция: хлорид, сульфат, глюконат и др. Кальция хлорид обладает кровоостанавливающим и антиаллергическим действием, кальция сульфат используют для получения гипса в травматологической практике. Бария сульфат широко применяют как рентгеноконтрастное средство. Соли стронция весьма токсичны и в медицине не применяются. При определении подлинности перечисленных веществ используют аналитические реакции на данныекатионы.
Общие реакции катионов Ba2+, Sr2+, Ca2+:
Внимание! Растворимые соли бария и стронция ядовитые и требуют осторожного обращения!
Групповым реагентом на катионы III группы является водный раствор 1моль/л серной кислоты или растворимых сульфатов, дающие с катионами Ca2+, Sr2+, Ba2+ малорастворимые в воде, разбавленных кислотах и щелочах осадки белого цвета. Растворимость сульфатов увеличивается в ряду BaSO4- SrSO4 – CaSO4, вследствие чего кальция сульфат не полностью осаждается групповым реагентом и частично остается в растворе. Для достижения полноты осаждения CаSO4 в водный раствор добавляют этанол, т.к. в его присутствии растворимость кальция сульфата уменьшается. Кальция, стронция, бария хлориды, нитраты и гидроксиды растворимы в воде, фосфаты мало растворимы в воде, но растворимы в минеральных кислотах. В отличие от сульфатов III группы карбонаты легко растворимы в уксусной кислоте, что используется в систематическом анализе смеси катионов I-VI аналитических групп.
1.Действие группового реагента (серной кислоты H2SO4):
На растворы солей катионов третьей аналитической группы действуют 2 н. раствором серной кислоты в присутствии этилового спирта. Образуются белые кристаллические осадки сульфатов бария, стронция и кальция, нерастворимые в кислотах и щелочах, но растворимы в концентрированной серной кислоте.
BaCl2 + H2SO4 ®BaSO4 ¯ + 2HCl
Ba2+ + SO42- ® BaSO4¯
SrCl2 + H2SO4 ®SrSO4 ¯ + 2HCl
Sr2+ + SO42- ® SrSO4¯
CaCl2 + H2SO4 ®CaSO4¯ + 2HCl
Ca2+ + SO42- ® CaSO4¯ растворим в избытке (NH4)2SO4