69

До 2-3 крапель розчину солі магнію додайте стільки ж розчину КОН; зверніть увагу на аморфний характер осаду Mg(OH)2. У другій пробірці до 2 крапель розчину солі магнію прилийте спершу 2 краплі розчину аміаку. Пе-реконайтесь, що осад не випадає. Очевидно, гідроксид магнію розчиняється не тільки в кислотах, а також у солях амонію.

2. Хромоген чорний. Органічний барвник хромоген чорний спеціальний ЕТ-00, що має склад C20H13O7N3S, утворює з іонами Mg2+ комплекс винночервоного кольору.

До 4-5 крапель розчину солі магнію додайте 1-2 краплі розчищу NH4OH (або амонійної буферної суміші) та 2-3 краплі розчину хромогену чорного. Розчин стає винно-червоним, але осад не випадає, бо отримана сполука добре розчиняється у воді. Замість розчину хромогену чорного можна додати декілька крупинок сухої суміші барвника із хлоридом натрію, у відношенні

1:100.

3. Магнезон 1 (п-нітробензолазорезорцин), який має в лужному середовищі червоно-фіолетове забарвлення, адсорбується гідроксидом магнію, що випадає в осад, і забарвлює його в синій колір.

До 2-3 крапель нейтрального або слабокислого розчину солі магнію (краще на фарфоровій пластинці) додайте 1-2 краплі лужного розчину магнезону. Спостерігайте перехід червоно-фіолетового забарвлення реактиву в синє або випадання синього осаду (якщо з'явиться жовте забарвлення, то нейтралізуйте надлишкову кислоту 1-2 краплями розчину NaOH).

Реакція дає змогу виявити приблизно 0,5 мкг магнію. Солі амонію заважають і повинні бути видалені. Катіони другої групи (а також алюмінію і марганцю) виявленню магнію не заважають.

7.4.6. Реакції катіона кальцію

Природний кальцій на 96,97 % (мас.) складається з ізотопу 4020 Ca і містить п'ять інших стабільних ізотопів. Штучний ізотоп 2045 Ca із періодом напівроз-

паду 163,5 дня застосовують як радіоактивний індикатор.

За вмістом у літосфері кальцій займає п'яте місце. Найбільш поширені такі кальційвмісні мінерали: вапняк (мармур або крейда) CaCO3, доломіт CaCO3 MgCO3, гіпс CaSО4 2H2O, плавиковий шпат CaF2, фосфорит Ca3(PO4)2

і апатит 3Ca3(PO4)2 CaF2 (CaCl2).

Оксид кальцію СаО (негашене вапно) – біла тугоплавка речовина – одержують випалом вапняку:

CaCO3 → СаО + СО2↑

Ця речовина бурхливо реагує з водою:

СаО + Н2О → Са(ОН)2.

Гідроксид кальцію Са(ОН)2 (гашене вапно) – сильна основа, помітно розчинна у воді. Суспензію гідроксиду кальцію (так зване вапняне молоко) використовують у будівельній справі як в'яжучий матеріал для скріплення

70

цегли і штукатурки. Поглинаючи оксид вуглецю (ІV) із повітря, гідроксид кальцію перетворюється в карбонат кальцію, що виявляє в'яжучі власти-вості:

Са(ОН)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O.

З часом міцність кладки збільшується внаслідок взаємодії гідроксиду кальцію з піском й утворення силікату:

Са(ОН)2 + SiO2 → CaSiO3 + H2O.

Прозорий розчин гідроксиду кальцію називають вапняною водою. Солі кальцію завжди містяться в природних водах. Пояснюється це помітною розчинністю гіпсу CaSО4 2Н2О.

Крім того, в присутності оксиду вуглець (IV) розчиняються у воді карбонати кальцію та магнію:

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2;

MgCO3 + CO2 + H2O → Mg(HCO3)2.

Природну воду, що містить багато гідрокарбонатів або сульфатів кальцію та магнію, вважають твердою. Така вода утворює накип на лопатях турбін і стінках парових котлів, у ній згортається мило, вона не задовольняє вимог харчової і текстильної промисловості.

Розрізняють тимчасову (карбонатну) і постійну (некарбонатну) твердість води. Перша обумовлена присутністю гідрокарбонатів, які легко розкладаються при нагріванні:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + CO2↑ + H2O

Карбонатну твердість води тому називають тимчасовою, або усувною. Постійна твердість води обумовлюється сульфатами кальцію CaSО4 і магнію MgSО4. Вона не усувається кип'ятінням.

Суму тимчасової і постійної твердості називають загальною твердістю природної води. В нашій країні її характеризують числом міліеквівалентів (мекв) катіонів Са2+ та Mg2+, що містяться в 1 л води.

При підготовці природної води для технічних цілей практикується так зване зм'якшення води, тобто видалення з неї солей. Досягається це хімічними методами або з допомогою іонного обміну.

Сутність хімічного (содо-вапняного) способу полягає в тому, що до твердої води додають соду і гашене вапно, які осаджують кальцій у вигляді карбонатів:

CaSО4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 ;

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3↓ + 2H2O.

Для хімічного зм'якшення твердої води використовують також солі натрію, які осаджують катіони кальцію і магнію: фосфат Na3РО4, гексаметафосфат (Na3РО3)6, тетраборат Na2B4O7 та ін.

Для вивчення реакцій Са2+ використовують розчини хлориду або нітрату

71

кальцію.

1. Оксалат амонію (NH4)2C2O4 осаджує із розчинів солей Са2+ білий дрібнокристалічний оксалат кальцію:

Са2+ + C2O42- → Са C2O4↓

До 1-2 крапель розчину солі кальцію додайте стільки ж оксалату амонію. Осад розчинний у мінеральних кислотах, але не розчиняється в оцтовій. Нагрівання сприяє швидкому осаду оксалату кальцію. Цією реакцією виявляють Са2+, але тільки після видалення Ва2+ і Sr2+, які також дають осади з оксалатом амонію.

2. Розчинні сульфати. Іон SO42- осаджує Са2+ тільки з достатньо концентрованих розчинів його солей:

Са2+ + SO42- → СаSO4↓

Осад розчиняється в сульфаті амонію (NH4)2SO4 з утворенням комплексної

солі (NH4)2[Сa(SO4)2] .

Розчини солей Са на відміну від Ва і Sr не утворюють муті з гіпсовою водою.

3. Проба на забарвлення полум'я. Полум'я пальника забарвлюється леткими солями кальцію в цегляно-червоний колір.

4. Визначення вмісту кальцію в розчині. Катіон Са2+ не віддає електронів, не може бути відновлювачем і не реагує з перманганатом калію. Тому кількість його не можна визначати безпосереднім титруванням розчину перманганатом. Визначення виконують непрямим методом.

З аналізованого розчину іони Са2+ осаджують дією щавлевої кислоти, або оксалату, як і в гравіметричному аналізі:

СаСl2 + (NH4)2C2O4 → СаC2O4 + 2NH4C1.

Осад оксалату кальцію відфільтровують, промивають і обробляють гарячою розведеною сірчаною кислотою. При цьому в розчин переходить еквівалентна кальцію кількість щавлевої кислоти:

СаC2O4 + H2SO4 → CaSO4 + Н2C2O4.

Щавлеву кислоту титрують розчином перманганату калію: 5Н2C2O4 + 2MnO4- + 6H+ → 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O.

При обчисленні треба мати на увазі, що еквівалентна маса Н2C2O4 в даному випадку дорівнює 1/2 молярної маси, а еквівалентна маса Ca2+ –

20,04 г/моль.

Результати визначень за таким методом залежать від повноти промивання осаду оксалату кальцію. Адже якщо в осаді залишиться оксалат амонію, то кількість іонів Сa2+, титрованих потім перманганатом, вже не буде еквівалентна кількості кальцію. В той же час оксалат кальцію помітно розчинний навіть у холодній воді і зайве промивання його недопустиме. Крім того, неправильні результати можуть вийти, якщо не весь осад оксалату кальцію буде розкладений сірчаною кислотою.

Хід роботи. Для аналізу у хімічну склянку візьміть трохи розчину солі