Приемы и техника выполнения качественных реакций

Химические реакции обнаружения различаются по технике их выполнения и способу наблюдения. Реакции можно выполнять «мокрым» и «сухим» путем. Например, качественный анализ проб неорганических веществ чаще всего проводят «мокрым» путем. Исследуемую пробу вещества предварительно растворяют в воде, кислоте или щелочи. Если вещество нерастворимо, его сплавляют, например, со щелочью, а затем уже полученный плав растворяют в воде или кислоте. Реакции «сухим» путем иногда используют для анализа проб твердых неорганических веществ при проведении предварительных испытаний.

Используют следующие техники выполнения качественных химических реакций.

Реакции в пробирке – реакции проводят в маленьких пробирках, добавляя несколько капель раствора анализируемой пробы вещества капиллярной пипеткой. Соблюдая условия проведения реакции, прибавляют 2–3 капли раствора реагента. Наблюдают аналитический эффект реакции. Для отделения осадков используют центрифугирование.

Капельные реакции проводят на полосках фильтровальной бумаги (пористого материала). Сначала концом капилляра с раствором реагента касаются несколько раз бумаги до тех пор, пока не образуется пятно диаметром около 3 мм. В центр полученного пятна аналогичным образом наносят каплю раствора пробы анализируемого вещества. Наблюдают аналитический эффект реакции.

Люминесцентные реакции обычно проводят на фильтровальной бумаге или на предметном стекле. Свечение (флуоресценция или фосфоресценция) продукта реакции существенно зависит от присутствия в пробе анализируемого вещества сопутствующих компонентов, концентрации реагирующих соединений, природы растворителя, температуры. Поэтому при выполнении люминесцентных реакций обязательно проводят холостой опыт, для этого каплю раствора, содержащего все компоненты, кроме определяемого, наносят на фильтровальную бумагу рядом с анализируемым раствором. Влажные пятна высушивают на воздухе и наблюдают люминесценцию при освещении бумаги ультрафиолетовым светом.

Каталитические реакции проводят обычно в пробирках, наблюдая резкое увеличение скорости протекания реакции в присутствии определяемого компонента.

Микрокристаллоскопические реакции проводят на предметном стекле. Капли раствора пробы анализируемого вещества и раствора реагента помещают рядом и стеклянной палочкой образуют между ними перемычку. Наблюдают образование осадка и под микроскопом в 75-кратном увеличении фиксируют наличие характерной формы кристаллов. Образование осадка происходит в результате взаимной диффузии реагента и определяемого иона, что обеспечивает формирование правильных относительно крупных кристаллов.

Обнаружение с использованием экстракции. В пробирку с притертой пробкой помещают по несколько капель анализируемого раствора, раствора реагента и органического растворителя. Для понижения предела обнаружения соотношение объемов органической и водной фазы обычно берут равным 1:4. В закрытой пробирке смесь взбалтывают 1–2 мин и после расслаивания наблюдают окраску органической фазы. При встряхивании некоторые соединения переходят в органический растворитель, окрашивая его.

Обнаружение с использованием флотации. Использует те же операции, что и при проведении экстракции. Предел обнаружения может быть существенно понижен, если продукт реакции флотируется к поверхности раздела органической и водной фаз. Так, например, пределы обнаружения Ni²⁺ по реакции с диметилглиоксимом составляют при обнаружении его в пробирке – 1,4 мкг; капельным способом – 0,16 мкг; флотацией на границе вода – эфир – 0,002 мкг.

Реакции способом растирания порошков. Небольшое количество пробы твердого вещества растирают на фарфоровой пластинке или в ступке с примерно равным количеством твердого реагента. Растертая смесь приобретает характерную окраску продукта взаимодействия обнаруживаемого иона элемента с реагентом. Например, при растирании минерала, содержащего ионы Fe(III), и соли NH₄SCN, вследствие образования соединения (NH₄)_mFe(SCN)_n смесь приобретает красно-кирпичную окраску. Если реакция при растирании твердых веществ идет с участием воды, то часто достаточно воды, адсорбированной из воздуха, или кристаллизационной воды, содержащейся в химических соединениях.

Способ растирания порошков – самый простой и доступный приём выполнения качественных химических реакций при обнаружении главных минералообразующих элементов в пробах вещества руд и минералов в полевых условиях. Некоторые из них обнаруживают весьма просто: растирают в фарфоровой чашке маленький кусочек минерала или руды с несколькими кристалликами реактива, дающего с обнаруживаемым элементом окрашенный продукт реакции. Характерная окраска, такая же, как и у вещества сравнения при растирании его с тем же реактивом, говорит о наличии искомого элемента или его иона в пробе вещества объекта анализа.

Например, для качественного определения сурьмы в пробе вещества минерала антимонита крупинка минерала растирается с крупинкой реактива КОН. После растирания сразу же появляется слабая желтая окраска, которая на воздухе постепенно переходит в красно-оранжевую. Другим примером может служить обнаружение никеля. Диметилглиоксимат никеля, обладающий красно-розовой окраской и образующийся при растирании солей никеля с диметилглиоксимом, является наиболее прочным из известных комплексных соединений никеля. Поэтому при растирании с диметилглиоксимом крупинки даже таких силикатов никеля, как гарниерита или ревдинскита, наблюдается появление красно-розовой окраски. Так же просто обнаруживают и другие элементы: мышьяк с нитратом серебра в арсенатах, молибден с роданидом аммония и хлоридом олова в молибдите, свинец с иодидом калия в галените и англезите, бор с хлоридом двухвалентной ртути в боратах и т. д.

Качественный химический анализ минералов и руд путём растирания порошков часто требует перевода форм нахождения элементов в аналитическую форму – либо в сернокислую, либо в азотнокислую соль. В 1951 году геолог П.М. Исаков предложил способ перевода в сернокислую соль других форм нахождения определяемых элементов в пробах анализируемых веществ объектов химического анализа. Для этого необходимо растереть пробу твердого вещества минерала или руды с аналитическим реагентом – кислым сернокислым калием (гидросульфатом калия) KHS0₄. Применение гидросульфата калия для получения аналитической формы элементов в минералах и рудах имеет ту же цель, что и обработка их серной кислотой, то есть перевод обнаруживаемых химических элементов в сернокислые соли. В результате растирания порошка минерала или руды с гидросульфатом калия какие-то небольшие, но вполне достаточные для качественных реакций количества обнаруживаемых элементов переходят в сернокислые соли, которые затем и вступают в специфическую или избирательную химическую реакцию с аналитическими реагентами.

Например, при растирании порошка минерала сидерита, основной компонент которого FеСО₃, реакция протекает по схеме:

FеСО₃ + 2KHS0₄ = FeS0₄ + K₂S0₄ + Н₂О + СО₂↑

В процессе растирания галенита, основной компонент которого PbS, реакция также протекает с переводом соединений свинца в сернокислую соль и выделением сероводорода, который ощущается по запаху:

PbS + 2KHS0₄ = PbS0₄ + K₂S0₄ + H₂S ↑

При выполнении аналитических реакций путём растирания порошков важное значение имеет степень размола руды и минералов – чем мельче растёрта проба, тем больше будет образовываться соединения в необходимой аналитической форме определяемого элемента, следовательно, ярче будет окраска пробы анализируемого вещества.