Вторая группа катионов

Во вторую (сульфатную) группу входят катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺. При действии группового реагента 2н серной кислоты образуются белые осадки СаSO₄, SrSO₄, BaSO₄ различной растворимости. Произведения растворимости их следующие: ПР_СаSO4=2,4*10^-5, ПР_SrSO4=3,2*10^-7, ПР_BaSO4=2,1*10^-10. Наиболее растворимый - сульфат кальция в ходе анализа осаждается серной кислотой не- полностью и попадает в другие группы. Эти сульфаты не растворяются в кислотах. В воде труднорастворимы и карбонаты этих ионов (ПР_СаСO3=4,8*10^-9, ПР_SrСO3=1,6*10^-9, ПР_BaСO3=8*10^-9), однако они растворимы даже в уксусной кислоте.

4. Общая характеристика катионов второй группы

4.1. Степень окисления

Все металлы, образующие катионы этой группы, являются S-элементами второй группы ПСМ (ns²) и образуют соединения со степенью окисления +2. В окислительно-восстановительных процессах не участвуют.

4.2. Свойства гидроксидов

Гидроксиды этих элементов Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ являются сильными основаниями, в воде растворимость их увеличивается от Ca(OH)₂ к Ba(OH)₂. Получить их можно непосредственным растворением в воде оксидов или самих металлов.

4.3. Гидролиз солей

Поскольку основные свойства здесь выражены сильно, соли металлов II группы, образованные сильными кислотами, не подвергаются гидролизу и имеют в растворе реакцию, близкую к нейтральной (рН6). Следовательно, гидролизу могут подвергаться только растворы солей слабых кислот, которые имеют щелочную реакцию.

4.4. Комплексообразование

Катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ как типичные S-элементы не образуют устойчивых комплексов.

4.5. Окраска соединений

Ионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ имеют законченные 8-электронные оболочки. В водных растворах эти ионы бесцветны.

4.6. Техника безопасности

При проведении анализа второй группы катионов соблюдать общие правила по технике безопасности в химических лабораториях. Растворимые соли бария и стронция ядовиты.

Лабораторная работа №2 «Изучение свойств катионов II аналитической группы и анализ их смеси»

Цель работы: изучение свойств солей, гидроксидов ионов Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺; знакомство с методами разделения и обнаружения.

4.7. Общие реакции катионов II группы

Проделать реакции катионов с веществами, представленными в табл. 3. Записать уравнения реакций.

Таблица 3

Реактив	Катионы
	Ca2+	Sr2+	Ba2+
1. H2SO4	CaSO4 белый, выпадает не сразу	SrSO4 белый	BaSO4 белый
2. Na2CO3	CaCO3 белый	SrCO3 белый	BaCO3 белый
3. K2CrO4 (pH=7)	-	SrCrO4 жёлтый	BaCrO4 жёлтый
4. K2Cr2O7+ CH3COONa	-	-	BaCrO4 жёлтый

5. Реакции обнаружения катионов второй группы

5.1. Барий

К 2-3 каплям растворимой соли бария прилить 3-4 капли раствора K₂Cr₂O₇. Реакцию проводят в присутствии ацетата натрияCH₃COONa. Эта реакция используется не только для открытия ионов бария, но и для отделения его от ионов кальция и стронция.

2BaCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O  2BaCrO₄ + 2KCl + 2HCl

жёлтый

2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O  2BaCrO₄ + 2H⁺

Бихромат калия образует с ионом Ba²⁺ жёлтый осадок BaCrO₄, а не BaCr₂O₇, как можно было бы ожидать. Растворимость хромата бария меньше, чем бихромата бария (ПР BaCrO₄=1,8*10^-14, ПР BaCr₂O₇=1,2*10^-9), поэтому концентрация ионов CrO₄^2-, имеющихся в растворе данного равновесия:

Cr₂O₇^2- + H₂O  2Cr₂O₄^2- + 2H⁺,

достаточна, чтобы образовался именно BaCrO₄.

Полнее реакция осаждения хромата бария идёт в присутствии избытка ацетата натрия, понижающего концентрацию образующих катионов водорода с образованием слабой кислоты СН₃СООН:

СН₃СОО^- + Н⁺  СН₃СООН

Избыток СН₃СООNа создаёт ацетатную буферную смесь, поддерживающую значение рН5.

Нейтрализовать ионы водорода щёлочью нельзя, так как при больших значениях рН выпадает жёлтый осадок хромата стронция и реакция становится неспецифичной.