5. Осаждение

Устранить мешающие ионы можно также осаждением с помощью общих реагентов.

Чаще всего используют осаждение гидроксидов, карбонатов, сульфидов, сульфатов, фосфатов.

Например, мешающее действие катионов p- и d-элементов при обнаружении s-элементов устраняют, применяя гидроксид магния Mg(OH)₂:

2Fe³⁺ + 3Mg(OH)₂ = 2Fe(OH)₃ + 3Mg²⁺

2Cr³⁺ + 3Mg(OH)₂ = 2Cr(OH)₃ + 3Mg²⁺

Pb²⁺ + Mg(OH)₂ = Pb(OH)₂ + Mg²⁺

Zn²⁺ + Ng(OH)₂ = Zn(OH)₂ + Mg²⁺

В виде сульфатов осаждают мешающие ионы Ba²⁺ и Sr²⁺ при обнаружении ионов Ca²⁺. Сульфат кальция имеет довольно высокую растворимость, что позволяет провести обнаружение Ca²⁺ в жидкости над осадком после осаждения CaSO₄.

Анализ индивидуального вещества

Реальные объекты всегда многокомпонентны, часто и многофазны. Для открытия каждого иона необходимо:

1. Создать условия протекания частной реакции;

2. Устранить мешающее влияние сопутствующих компонентов;

3. Зарегистрировать аналитический сигнал.

Возможны два пути решения этой задачи: проведение систематического качественного химического анализа или дробное обнаружение ионов.

Последовательное разделение ионов на отдельные аналитические группы методом осаждения групповыми реагентами (или иным образом) называют систематическим ходом анализа.

Метод дробного обнаружения основан на применении специфических и селективных реагентов без разделения на группы.

Возможности дробного открытия ионов были существенно расширены благодаря применению органических реагентов, значительная часть которых специально синтезирована для повышения селективности реакций обнаружения. Широкие возможности органических реагентов связаны, во-первых, с их многообразием и, следовательно, возможностью выбора подходящего реагента, а во-вторых, с разнообразием свойств образуемых ими комплексов, таких, как устойчивость, растворимость, летучесть, окраска, окислительно-восстановительные свойства. Метод дробного определения может быть применен к анализу аналитических групп ионов, выделенных групповыми реагентами.

Таким образом, процедура качественного химического анализа представляет собой последовательное отделение аналитических групп с дальнейшим открытием входящих в них ионов систематическим или дробным методами.

В ходе выполнения анализа как систематическим, так и дробным методами аналитик управляет поведением ионов в растворе, прежде всего их концентрациями. Такое управление возможно на основе равновесных реакций путем смещения равновесий.

В распоряжении аналитика два типа равновесных процессов — гомогенные и гетерогенные равновесия.

Гомогенные равновесия — это диссоциация — ассоциация, окисление — восстановление, гидролиз, нейтрализация, комплексообразование.

Количественное описание этих равновесий основано на законе действующих масс и уравнении Нернста для окислительно-восстановительного потенциала системы.

К гетерогенным равновесиям относятся, прежде всего, растворение и осаждение осадков, экстракционное распределение между двумя жидкими фазами и хроматографические процессы.

Расчеты положения гетерогенного равновесия возможны на основе констант межфазных распределений, в первую очередь правила произведения растворимости.

Техника разделения и идентификации катионов в полумикрометоде качественного анализа

Реакции разделения и идентификации катионов проводят в цилиндрических или конических пробирках емкостью 2-5 мл; их можно также выполнять на часовом или предметном стекле (пластинке). Проводят также реакции на фильтровальной бумаге. Наносят капли реактива и исследуемого раствора на пластинку или бумагу при помощи капилляра, представляющего собой стеклянную трубку диаметром 3-5 мм с оттянутым концом. Для каждого реактива должен применяться свой капилляр. После употребления капилляры помещают в стакан с водой, т.к. потом их трудно отмыть. Для перемешивания жидкостей используют стеклянные палочки. Твердые реактивы берут при помощи шпателей. Выпаривание проводят в маленьких фарфоровых чашках или микротиглях. Реактивы в специальных капельных склянках, снабженных пипетками, находятся в штативе. Вынув пипетку из склянки, ее нельзя класть на стол, чтобы не загрязнять реактив.

Осаждение и разделение ионов. Для разделения и идентификации ионов очень часто используют их осаждение в виде малорастворимых соединений. Осаждение проводят в конической пробирке или пробирке для центрифуги. В пробирку наливают несколько капель исследуемого раствора и реактива. При необходимости производят нагревание на водяной бане. Осадок центрифугируют и проверяют полноту осаждения. С этой целью к прозрачной жидкости над осадком прибавляют каплю раствора осадителя. Если она не вызывает помутнения, то полнота осаждения достигнута; в противном случае осаждение повторяют с избытком осадителя.

Отделение раствора. Когда осаждение окончено, в прозрачной раствор осторожно погружают конец пипетки и отбирают раствор не касаясь осадка. Вынимают пипетку и раствор из нее выпускают в другую пробирку. Операцию повторяют 2-3 раза, пока практически не перенесут весь раствор над осадком.

Промывание осадка. Затем следует обязательное промывание осадка водой, к которой прибавляют небольшое количество раствора осадителя для понижения растворимости. Промывную жидкость наливают в пробирку с осадком, взбалтывают стеклянной палочкой, центрифугируют и опять пипеткой отделяют центрифугат от осадка. Кристаллические осадки достаточно промыть дважды, аморфные промывают 4-6 раза.

Растворение осадка. Для растворения осадка в пробирку, в которой проводилось центрифугирование, приливают соответствующий реактив и, если, необходимо, нагревают на водяной бане. Если растворение осадка связано с выпариванием или длительной обработкой, осадок смывают этим раствором в фарфоровую чашку или тигель. При растворении осадка рекомендуется перемешивать его стеклянной палочкой.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ И ПОДГОТОВКА ВЕЩЕСТВА К АНАЛИЗУ

Изучение аналитических реакций ионов создает возможность для проведения анализа неизвестных веществ или их смесей.

Качественный анализ неизвестных веществ можно вести по следующей схеме:

1. предварительные испытания;

2. растворение образца;

3. анализ катионов;

4. анализ анионов.

Анализируемое вещество может быть в виде раствора без осадка или же в виде раствора с осадком, в виде порошка, смеси кристаллов, пластин, листов, кусков различной формы, разнообразных изделий.

Наиболее легко по внешним признакам выделить металлы и их сплавы, что связано с их физическими свойствами: блеском, твердостью, цветом, ковкостью.

При внимательном наблюдении, а еще лучше при использовании лупы и микроскопа легко обнаруживается однородность или неоднородность исследуемого образца. Если проба однородна, то можно предположить, что образец состоит только из одного химического соединения. Если есть частицы различной окраски и формы, это указывает на механическую смесь.

Некоторые вещества выделяются своей окраской:

черная окраска — FeS, Fe₂S₃, NiS, CoS, PbS, Bi₂S₃, Ag₂О;

зеленая окраска— CuCl₂, CuCО₃, Ni^{2 +} , Fe^{2 +} , Cr³⁺ (или фиолетовая);

желтая окраска— CdS, SnS₂, As₂S₅, Fe³⁺, CrO²,^-;

оранжево-красная окраска— Сг₂О^2- ;

красная окраска — HgO, Hgl₂, BiOI;

розовая окраска — Mn^{2 +} , Co²⁺ (красно-розовая);

синяя окраска — Си^{2 +} (гидратированные), Со²⁺ (обезвоженные).

По запаху можно обнаружить NH₄OH, H₂S, сульфиды, НС и сульфиты.

Категорически запрещается испытывать исследуемые вещества на вкус, т к это может привести к тяжелым последствиям.

С помощью индикаторных бумаг можно определить среду водных растворов веществ, растворимых в воде. Кислую среду имеют соли слабого основания и сильной кислоты.

В кислом растворе, при низких значениях рН не могут содержаться соли угольной, сернистой, сероводородной кислоты, так как при этих условиях они разлагаются.

Щелочную среду имеют соли слабой кислоты и сильного основания. В такой среде отсутствуют соли слабых оснований и сильных кислот.

После рассмотрения образца его готовят к анализу.

Твердые вещества подвергают измельчению. Измельченное вещество легче растворить. Многие вещества измельчают в фарфоровой или агатовой ступке. Металлы и их сплавы при помощи напильников можно превратить в опилки. Следует помнить, что некоторые смеси твердых веществ при измельчении их в ступке взрываются. Например, смесь хлоратов с углем, серой, сульфатами.

Измельченное вещество делят на три части. Одна часть служит для предварительных испытаний, вторая—для обнаружения катионов, третья—для обнаружения анионов. Для обнаружения катионов рекомендуется брать около 0,02—0,03 г. При растворении объем раствора доводят до 1 мл. Для обнаружения анионов рекомендуется брать в 2—3 раза больше вещества, чем для обнаружения катионов.

Перед систематическим анализом можно провести ряд предварительных испытаний, которые могут облегчить дальнейший ход анализа: