Загальна характеристика IV групи катіонів. Використання явища амфотерності в якіснoму аналізі.
Особливості характерних реакцій катіонів ІІІ групи.
Загальна характеристика ІІІ групи катіонів.
До ІІІ аналітичної групи катіонів відносяться Ca2+, Sа2+, Ba2+. Груповим реактивом є 2Н розчин сірчаної кислоти, який з названими іонами утворює білі кристалічні осади. Ca2+, щоправда, як видно з таблиці, осаджується неповністю, завдяки помітній розчинності CaSО4.
Катіони | ДР MeSO4 | ДР MeCO3 | ДР MeCrO4 | ДР MeC2O4 |
Ca2+ | 2,5∙10-5 | 3,8∙10-9 | 7,1∙10-4 | 2,3∙10-9 |
Sr2+ | 3,2∙10-7 | 1,1∙10-10 | 3,6∙10-5 | 1,6∙10-7 |
Ва2+ | 1,1∙10-10 | 4,0∙10-16 | 1,2∙10-10 | 1,1∙10-7 |
Цей факт повинен бути врахований в процесі аналізу. Краще, звичайно, для осудження катіонів ІІІ групи використовувати карбонати, як це робиться в сірководневій схемі аналізу катіонів. Проте (NH4)2Co3, який там використовується, як груповий реактив, осаджує майже усі інші катіони, окрім І групи. Звертає увагу на себе суттєва відмінність добутків розчинності хроматів калію і стронцію з одного боку і барію з іншого. Тому наведена вище реакція Ва2+ з дихроматом застосовується не тільки для його визначення, але й для відділення від Ca2+і Sа2+.
Більшість сполук катіонів ІІІ групи – безбарвні, малорозчинні у воді. Добре розчинними є їх гідроксиди (окрім Ca(OH)2), галогеніди (окрім фторидів), нітрати, сульфіди.
Ці катіони стійкі до дії окисників і відновників, є поганими комплексоутворювачами . Тому відповіді реакцій при розділенні і визначенні катіонів майже не застосовуються.
Про визначення катіонів Ва2+ у вигляді жовтого осаду BaCrO4 йшлося у попередніх розділах.
Зважаючи на досить низьку розчинність свого оксилату (див. таблицю величин добутків розчинностей) Ca2+ визначають у вигляді осаду цієї солі:
Ca2++C2O42-=CaC2O4↓
Однак, як видно з таблиці, Sr2+ і Ba2+ перед цим повинні були бути відділені.
Оскільки добуток розчинності SrSO4 на два порядки нижчий за відповідну величину для CaSO4, існує можливість визначення Sr2+ за допомогою, т.з. ’’гіпсової води’’, яка уявляє собою насичений розчин сульфату калію:
CaSО4+SrCl2=SrSO4↓+CaCl2
До ІV групи катіонів за кислотно – основною аналітичною класифікацією відносяться іони Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, Sn(IV), As(III), As(V).Груповим осаджувачем є луг, у надлишку якого усі названі іони переходять у розчин. Щодо іонів Sn(IV), As(III) і As(V), то вони навіть у кислому середовищі у зв’язку з координаційною ненасиченостю і перебувають у вигляді аніонних комплексів, і в деяких курсах якісного аналіз і розглядаються саме у такій якості . В лужному середовищі усі перелічені іони перебувають у вигляді оксо – і гідроксокомплексів, наприклад
[Al(OH)4(H2O)2]-, [Zn(OH)4]2+, AsO33-, AsO43- тощо.
У властивостях даної групи має місце відоме явище амфотерності (двоякості), яке полягає у тому, що їх оксиди і гідроксиди проявляють як кислотні так і основні властивості, тобто реагують як з основами, так і кислотами: наприклад, гідроксид цинку розчиняється як надлишку лугу так і в кислоті:
Zn(OH)2↓=2Na[Zn(OH)4]
Zn(OH)2↓+2HCl=ZnCl2+2H2O
Характерною відмінністю іонів IV аналітичної групи є їх схильність (окрім Al3+ і Zn2+) до окисно-відновних перетворень , що випливає з даних, наведених у наступній таблиці:
Елемент | Ступені окиснення | Окисно-відновні властивості |
Al | 0, +3 | |
Cr | 0, +2, +3, +6 | Cr3+відновник у лужному середовищі Cr2O72- - окисник у кислому середовищі |
Zn | 0, +2 | |
Sn | 0, +2, +4 | Sn2+ сильний відновник у лужному середовищі |
As | 0, +3, +5 | AsO3-3 відновник у слабко лужному середовищі AsO43- окисник у кислому середовищі |
Так, наприклад, характерною реакцією на катіони Cr3+ є їх окиснення у лужному середовищі до жовтого CrO42- :
Cr2(SO4)3 + 3H2O2 + 10NaOH = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 8H2O
В аналізі, окрім звичайних, подвійних, комплексних солей використовуються солі ізополі – та гетрополікислот. Перші з них утворюються шляхом заміни кисню кислотного залишку на двовалентний залишок кисню цієї кислоти, наприклад:
H3PO4 – O2- + HPO42- → H4P2O7
H3PO4 – 3O2- + 3HPO42- → H6P4O13
У випадку гетерополікислот кисень заміняється на кислотний залишок іншої кислоти, наприклад :
H2SO4 – O2- + S2- →H2S2O3
H2MoO4 – 2O-2 + 2Mo42 =H2Mo3O10
(NH4)3AsO4 – 4O2- + 4Mo2O102-→ (NH4)3[As(Mo3O10)4]
Остання реакція використовується для відкриття п’ятивалентного арсену за допомогою так званої молібденової рідини.