Завдання 2. Характерні реакції катіонів п’ятої

Аналітичної групи

Реакції виявлення катіонів п’ятої аналітичної групи

(Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Bi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺).

 

Дія групового реагенту (2М розчин натрію гідроксиду)

Йони Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Bi³⁺ утворюють з 2М розчином NaOH аморфні осади гідроксидів, а йони Sb³⁺ і Sb⁵⁺ осади відповідних кислот HSbO₂ і HSbO₃. Всі осади (крім Fe(OH)₂, який має блідо-зелений та Fe(OH)₃, який має червоно-бурий кольори), мають білий колір. HSbO₂ та HSbO₃ розчиняються в надлишку лугу.

У хлоридній кислоті всі осади розчинні. В нітратній кислоті всі осади також розчинні, окрім HSbO₂ і HSbO₃. Осади Fe(OH)₃, Bi(OH)₃, HSbO₂ та HSbO₃ нерозчинні в надлишку амонію гідроксиду; Mn(OH)₂ і Fe(OH)₂ частково розчинні в надлишку NH₄OH. Осади Mn(OH)₂ і Fe(OH)₂ оксидуються киснем повітря і набувають з часом бурого забарвлення в результаті переходу в Fe(OH)₃ і Mn(OH)₂O.

Виконання реакції:

До 0,5 см³ розчину в окремих пробірках додають по 3-4 краплі 2М розчину натрію гідроксиду.

 

Дія загальних реагентів

Виконання реакцій:

Всі реакції з загальними реагентами виконують таким чином: в ряд пробірок (по 5 в кожному ряді) поміщають по 0,5 см³ солей відповідних йонів і додають по 3-4 краплі реактиву.

 

Дія амонію гідроксиду

Амонію гідроксид реагує аналогічно до розчину натрію гідроксиду (див. п.2.1.).

 

Дія карбонатів натрію, калію та амонію

Реагенти утворюють з йонами Fe²⁺ і Mn²⁺ білі осади відповідних карбонатів. Fe³⁺ утворює червоно-бурий осад Fe(OH)CO₃, який при кип’ятінні переходить у Fe(OH)₃.

Йони Mg²⁺ утворюють білий осад основної солі, який розчинний в присутності солей амонію. Йони Bi³⁺ утворюють осад Bi(OH)₃, а йони Sb³⁺ і Sb⁵⁺ - осади кислот HSbO₂ і HSbO₃.

Йони Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺ амонію карбонатом осаджуються не повністю.

 

Дія калію гексаціаноферату (II)

І калію гексаціаноферату (III)

Калію гексаціаноферат (II) і калію гексаціаноферат (III) утворюють з йонами Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Bi³⁺ осади різного кольору; Mg²⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺ з цими реагентами не реагують. Осади Fe₃[Fe(CN)₆]₂ і Fe₄[Fe(CN)₆]₃ забарвлені настільки інтенсивно в синій колір, що можуть бути використані для виявлення Fe²⁺ і Fe³⁺ в присутності багатьох інших катіонів у розчинах.

 

Дія амонію сульфіду

Амонію сульфід в нейтральному середовищі утворює осади - бурі FeS і FeS₂, чорний Bi₂S₃, тілесний MnS. Йони Mg²⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺ осадів не утворюють. Осад Bi₂S₃ розчинний в розчині HNO₃ тільки при нагріванні. Осади FeS, FeS₂, MnS розчинні в СН₃СООН, HCl, HNO₃.

 

Дія сірководню та натрію тіосульфату

В середовищі розбавленої НCl і при нагріванні реагенти утворюють з йонами Ві³⁺ (чорний Bi₂S₃) i [SbCl₆]^3-, [SbCl₆]^- (оранжеві Sb₂S₃ і Sb₂S₅) осади, які нерозчинні в розбавленій НCl. Сульфіди стибію розчинні в концентрованій НСl, а Bi₂S₅ - в розбавленій нітратній кислоті при нагріванні.

 

2.3. Реакції йонів Fe²⁺

2.3.1 Дія калію гексаціаноферату (ІІІ) (фармакопейна)

"Червона кров’яна сіль" утворює з йонами Fe²⁺ темно-синій осад "турнбуленової синьки". Реакцію проводять в нейтральному середовищі або в середовищі розбавленої хлоридної кислоти (рН=3).

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- → Fe₃[Fe(CN)₆]₂.

Осад не розчиняється в кислотах, але розчиняється в лугах з утворенням Fe(OH)₂. Наведена реакція характеризується високою чутливістю (0,05 мкг), її виконують у кислому середовищі.

Виконання досліду:

До 3-4 крапель солі двовалентного Феруму добавляють 2-3 краплі хлоридної кислоти (для призупинення гідролізу солі) і 2-3 краплі реактиву. Інші катіони не перешкоджають виявленню катіонів Fe²⁺.

 

2.3.2. Дія α, α’-дипіридину

Реагент утворює з йонами Fe²⁺ розчинну комплексну сполуку, забарвлену в червоний колір. Реакцію проводять в середовищі розбавленої хлоридної кислоти.

Виконання досліду:

На скляну пластинку поміщають краплю солі феруму (II), краплю розбавленої хлоридної кислоти і 2-3 краплі α, α’-дипіридину. Утворюється темно-червона комплексна сполука.

 

Дія диметилгліоксиму

Поміщають в пробірку 1-2 краплі розчину солі феруму (II), 1 краплю розчину винної кислоти, додають 3 краплі амонію гідроксиду і 2-3 краплі спиртового розчину диметилгліоксиму. Утворюється розчинна комплексна сполука феруму (ІІ) диметилгліоксимату рожево-червоного кольору.

Реакцію проводять в слабоаміачному розчині. Йони Ni²⁺ перешкоджають виявленню Fe²⁺.

 

2.4. Реакції йонів Fe³⁺

2.4.1. Дія калію гексаціаноферату (ІІ) (фармакопейна)

"Жовта кров’яна сіль" утворює з Fe³⁺ темно-синій осад "берлінської лазурі". Реакцію проводять в нейтральному або слабокислому розчині:

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓.

Осад не розчиняється у розведених мінеральних кислотах; луги розкладають його з утворенням Fe(OH)₃.

Виконання досліду:

На скляну пластинку поміщають 1 краплю розчину солі феруму (III) і додають 3-4 краплі розчину калію гексаціаноферату (ІІ). Виявленню Fe³⁺ перешкоджають йони Cu²⁺ і луги.

 

2.4.2. Дія амонію роданіду (фармакопейна)

Амонію роданід утворює з йонами Fe³⁺ розчинну комплексну сполуку інтенсивного червоного кольору. Реакцію проводять у слабокислому середовищі. Із водного розчину комплекс екстрагується бутиловим спиртом. Перешкоджають виявленню Fe³⁺ йони F^-, які зв’язують йони Fe³⁺ в міцніший, але безбарвний комплекс:

Fe³⁺ +3CNS^- → Fe(CNS)₃.

Реакція специфічна і дуже чутлива (0,25 мкг). Чутливість реакції збільшується в процесі екстракції продукту реакції органічним розчинником, наприклад, ефіром або бутиловим спиртом.

Виконання досліду:

До 0,5 см³ розчину що містить йони Fe³⁺ додають 1 см³ розчину NH₄SCN. B присутності йонів Cu²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺ необхідно додати великий надлишок реактиву.

 

Дія калію йодиду

До 0,5 см³ розчину солі феруму (III) доливають 0,5 см³ розчину калію йодиду і 0,5 см³ хлороформу. Вміст пробірки струшують. Хлороформний шар забарвлюється в фіолетовий колір.

 

Дія cаліцилової кислоти

Саліцилова кислота за наявності амоніаку утворює з йонами Fe³⁺ комплексну сполуку жовтого кольору Fe[C₆H₄(O)(COO)]₃ (рН реакції становить 8-11). Якщо рН реакції дорівнює 4-8, тоді утворюється комплекс червоного кольору. Чутливість цієї реакції становить 5-10 мкг.

Виконання досліду:

До 2-3 крапель солі Феруму (III) добавляють кілька крапель амоній гідроксиду і стільки ж розчину саліцилової кислоти. Спостерігають забарвлення розчину.

 

2.5. Рекції йонів Mg²⁺

2.5.1. Дія натрію моногідрофосфату (фармакопейна)

Натрію гідрофосфат в присутності аміачного буферного розчину утворює з йонами Мg²⁺ білий дрібнокристалічний осад магній-амоній фосфату (MgNH₄PO₄). Осад розчинний в CH₃COOH і розбавлених неорганічних кислотах.

Mg²⁺ +NH₄OH + HPO₄^2- → MgNH₄PO₄↓ + H₂O.

Виконання досліду:

До 0,5 см³ розчину солі магнію додають 1-2 краплі амонію гідроксиду. Після невеликого помутніння додають кристалики амонію хлориду до зникнення помутніння. До прозорого розчину додають 3-4 краплі розчину натрію гідрофосфату.

 

Дія натрію гіпойодиду

Свіжоосаджений білий осад магнію гідроксиду забарвлюється в червоно-коричневий колір при дії гіпойодиту внаслідок адсорбції елементного йоду на поверхні осаду Mg(OH)₂. Червоно-буре забарвлення знебарвлюється при обробці осаду лугом, спиртом та іншими розчинниками, що розчиняють йод, а також при дії сульфіту або тіосульфату, які відновлюють йод.

Виконання досліду:

У фарфорову чашку поміщають 5-10 крапель 1н розчину йоду, розчиненого в 20%-ному розчині КІ, додають краплями 1н розчину натрію гідроксиду до появи лимонно-жовтого кольору, а потім 1-2 краплі нейтрального або підкисленого розчину, що містить йони Mg²⁺.

 

Дія магнезону І (п-нітробензолазорезорцин)

Помістіть 2-3 краплі досліджуваного нейтрального або слабокислого розчину на фарфорову пластинку, добавте 2-3 краплі розчину магнезону I, які мають в лужному середовищі червоно-фіолетове забарвлення. Якщо розчин забарвлюється в жовтий колір (що вказує на кислий характер середовища), додають 1-2 краплі розчину NaОН. В присутності йонів Мg²⁺ розчин забарвлюється в синій колір або випадає синій осад. Аналогічна реакція відбувається з Магнезоном II.

 

2.6. Реакції йонів Mn²⁺

Для виявлення йонів Mn²⁺ їх необхідно оксидувати до перманганат-йонів. При цьому розчин забарвлюється в рожевий колір. Оксидацію можна проводити як в кислому, так і в лужному середовищі.

 

2.6.1. Оксидація Mn²⁺ в кислому середовищі

Оксидацію проводять калію дихроматом, плюмбуму (IV) оксидом, натрію бісмутатом та іншими реагентами, наприклад:

2Mn(NO₃)₂ + 5NaBiO₃ + 16HNO₃ → 2HMnO₄ + 5NaNO₃ +

+ 5Bi(NO₃)₃ +7H₂O.

Реакцію проводять в середовищі НNO₃ і з розбавленим розчином солі Мангану.

Виконання досліду

В пробірку поміщають 3-4 краплі розчину, що містить йони Мn²⁺, додають 0,5-1 см³ HNO₃ і невелику щіпку сухого NaBiО₃. Ця реакція дозволяє виявити Mn²⁺ в присутності всіх катіонів.

 

2.6.2. Оксидація Mn²⁺ в лужному середовищі

В лужному середовищі, як оксидники, використовують гідрогену пероксид (H₂O₂), натрію пероксид (Na₂O₂), хлорну воду, бромну воду. Всі ці оксидники оксидують Мn²⁺ до MnO₂ і тільки натрію гіпоброміт NaBrO в присутності каталізатора (CuSO₄) при нагріванні оксидує Mn²⁺ до перманганат-йону, забарвленого в рожево-фіолетовий колір. Цю реакцію проводять у сильнолужному середовищі із дуже розбавленим розчином солі Мангану.

MnCl₂ + 5NaBrO + 6NaOH → 2NaMnO₄ + 5NaBr + 4NaCl + 3H₂O.

Виконання досліду:

У пробірку поміщають 2-3 краплі розчину, що містить йони Mn²⁺, додають 2-3 краплі розчину CuSO₄, 3-5 крапель розчину NaOH і 5-6 см³ свіжоприготованого розчину NaBrO. Вміст пробірки добре перемішують, обережно нагрівають, кип’ятять 1 хвилину і дають розчину відстоятися. Виявленню Mn²⁺ за допомогою цієї реакції не перешкоджають інші катіони.

 

2.7. Реакції йонів Bi³⁺

Гідроліз солей Бісмуту

При розбавленні водою розчини солей бісмуту легко піддаються гідролізу з утворенням білого осаду основних солей, наприклад:

BiCl₃ + H₂O → BiOCl↓ + 2HCl.

Виконання досліду:

До 0,5-1 см³ розчину солі Бісмуту додають 5-6 см³ H₂O. Виявленню Bi³⁺ перешкоджають йони Sb³⁺, Sb⁵⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺.

 

Дія стануму (II) хлориду

Стануму (II) хлорид в сильнолужному середовищі відновлює солі Бісмуту до металічного бісмуту, який має чорний колір:

2BiCl₃ + 3SnCl₂ + 18NaOH → 2Bi↓ + 3Na₂SnO₃ + 12NaCl + 9H₂O.

Виконання досліду:

В окрему пробірку поміщають 0,5-1 см³ стануму (II) хлориду і додають до нього розчину натрію гідроксиду до повного розчинення утвореного спочатку білого осаду Sn(OH)₂. До прозорого розчину додають 2-3 краплі досліджуваного розчину, що містить йони Bi³⁺. Виявленню Бісмуту перешкоджають йони Hg²⁺, Ag⁺ і частково Pb²⁺.

 

Дія калію йодиду

Калію йодид утворює з йонами Bi³⁺ чорний осад бісмуту йодиду, який легко розчиняється в надлишку KI з утворенням комплексної сполуки K[BiI₄] оранжевого кольору. Реакцію проводять в кислому середовищі.

Bi³⁺ + 3I^- → BiI₃↓

BiI₃ + KI = K[BiI₄].

Виконання досліду:

До 0,5-1 см³ розчину, що містить йони Bi³⁺, додають 1-2 краплі розчину КІ. До утвореного осаду додають надлишок розчину КІ до його розчинення. При розведенні розчину K[BiI₄] водою з розчину знову випадає чорний осад бісмуту йодиду.

 

Дія тіосечовини

Тіосечовина утворює з йонами Ві³⁺ розчинну комплексну сполуку червоно-оранжевого кольору. Реакцію проводять в сильнокислому розчині. Перешкоджають йони Sb⁵⁺, Fe³⁺, Hg₂²⁺.

Виконання досліду:

До 0,5-1 см³ розчину, що містить йони Bi³⁺, додають щіпку сухої тіосечовини. Перешкоджаючу дію Sb⁵⁺ усувають додаванням виннокислого (тартрату) натрію (Na₂C₄H₄O₆), який утворює з йонами Стибію міцний безбарвний комплекс.

 

2.8. Реакції йонів Sb³⁺ і Sb⁵⁺

Гідроліз солей Стибію

При розбавленні водою кислі розчини, що містять сполуки Стибію, легко піддаються гідролізу з утворенням білого осаду основних солей відповідно SbOCl і SbOCl₃.

[SbCl₆]^3- + H₂O → SbOCl↓ + 5Cl^- + 2H⁺;

[SbCl₆]^- + 2H₂O → SbO₂Cl↓ + 5Cl^- + 4H⁺.

Виконання досліду:

До 0,5-1 см³ розчину, що містить йони Стибію, додати 5-6 см³ води. Виявленню солей Стибію перешкоджають йони Bi³⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺.

 

Дія активних металів

Активні метали (алюміній, цинк, ферум) відновлюють йони Sb³⁺ і Sb⁵⁺ із їх сполук до вільного стибію у вигляді пухнастих чорних пластівців. Реакцію проводять в середовищі HCl.

Sb³⁺ + 3Fe → 2Sb↓ + 3Fe²⁺

Виконання реакції:

В пробірку поміщають 0,5-1 см³ розчину солі Стибію, додають 1-2 краплі концентрованої хлоридної кислоти і залізні ошурки. Через 2-3 хвилини спостерігають виділення чорного пухнастого осаду, що утворюється на поверхні залізних ошурок. Виявленню Стибію перешкоджають всі метали, що стоять в ряду напруг правіше заліза.

 

Дія метилового фіолетового

Метиловий фіолетовий з йонами Sb³⁺ чи Sb⁵⁺ утворює комплексну сполуку фіолетового кольору, що екстрагується толуолом або бензолом. Реакцію проводять в середовищі 1н хлоридної кислоти. В реакцію з метилвіолетом вступає тільки свіжооксидований Стибій.

Виконання досліду:

До 0,5-1 см³ розчину, що містить йони Sb³⁺ чи Sb⁵⁺ додають 1-2 краплі НСl і 3-4 краплі стануму (II) хлориду для відновлення всього Стибію до йонів Sb³⁺. Після цього краплями додають 10 %-ний розчин NaNO₂ до зникнення початкового бурого забарвлення. Розчин залишають постояти 2-3 хвилини. При цьому Стибій оксидується до Sb⁵⁺ і утворюється йон SbCl₆^-. Для видалення надлишку натрію нітриту, який перешкоджає дальшому проведенню реакції, до розчину додають суху сечовину до припинення спінювання. Суміш розбавляють водою до об’єму 5-6 см³, додають 2-3 краплі розчину метилвіолету та 1 см³ толуолу (або бензолу). Вміст пробірки струшують.

У присутності Стибію органічний шар забарвлюється в синій колір. Для порівняння небхідно провести контрольний дослід. Інші катіони не перешкоджають виявленню Стибію.

 

Реакція Марша

В пробірку поміщають розчин, що містить йони Sb³⁺ чи Sb⁵⁺, кусок металічного цинку, що не містить домішок Аs і декілька крапель хлоридної кислоти. Пробірку закривають корком, через який проходить трубка з відтягненим кінцем і підпалюють газ на кінці трубки. Стибію гідрид горить синім полум'ям, при цьому утворюється стибію (III) оксид і вода. Якщо в полум'я помістити холодний предмет, наприклад, блискучу фарфорову чашку, то на її поверхні відкладається металічний стибій у вигляді чіткої чорної плями. Пляма або чорне дзеркало стибію відрізняється від отриманого в тих же умовах дзеркала арсену тим, що перша нерозчинна в натрію гіпохлориті, в той час як пляма арсену легко в ньому розчиняється.