Качественный анализ

Качественный анализ предназначен для качественного обнаружения веществ, элементов (ионов), функциональных групп, а также включает задачи идентификации веществ – установление их аналогии с определенным эталоном (стандартом). Для идентификации используют комплекс методов, выясняя сходство состава, строения, физических свойств вещества и эталона.

Задача по идентификации может быть решена при помощи физических и химических методов. Физические методы позволяют проводить анализ, используя различия в оптических, магнитных, тепловых и других свойствах анализируемых элементов или ионов.

Химические методы основаны на химических реакциях, позволяющих обнаружить элемент или ион. Анализ можно провести сухим путем, без растворения анализируемого вещества, и мокрым путем, т.е. после предварительного растворения веществ.

Для проведения анализа мокрым путем анализируемое вещество обязательно должно быть переведено в раствор. При химических методах качественного анализа открываемый ион переводят в соединение, дающее видимый эффект (образование осадка, изменение цвета раствора, образование газообразных веществ).

Дробный анализ – применяя специфические реакции (реагенты), можно идентифицировать ионы непосредственно в отдельных порциях раствора. При этом порядок определения отдельных ионов не имеет значения. Этот анализ применяется редко из-за недостатка регентов, малого количества специфических реакций.

Систематический анализ – часто применяемый анализ, суть которого состоит в том, что сначала проводят предварительные испытания, отобрав часть раствора, а затем делят на группы катионов, используя групповой регент; основан на применении одной из аналитических классификаций. Его применяют при исследовании минералов, горных пород, сложных смесей неорганических веществ.

Наиболее часто групповое отделение катионов и анионов осуществляется в виде трудно растворимых соединений, а в некоторых случаях действие группового реагента заключается в растворении осадка.

В основе каждой классификации подбор группового реагента, с помощью которого можно выделить определяемую группу ионов.

Требования, предъявляемые к групповому реагенту:

1) должен осаждать группу ионов количественно (до 10-6 г в растворе);

2)      осаждаемые ионы должны быть далее легко растворимы;

3)      избыток реагента не мешает определению других ионов.

Известно несколько классификаций катионов:

1)      аммиачно-фосфатная – основана на растворимости фосфатов в воде, в щелочах, кислотах и аммиаке;

2)      бифталатная – основана на использовании в качестве группового реагента бифталата калия (HOOCC6H4COOK), который проявляет буферные свойства, т.е. создает определенное значение pH, при котором в осадок выпадает группа катионов;

3)      сульфидная – суть состоит в том, что при добавлении группового реагента выпадают в осадок определенные сульфиды, в качестве групповых реагентов используются (NH4)2S – сульфидно-основной, тиоацетамид CH3CSNH2 – тиоацетамидный метод, H2S – сероводородный метод;

4)      кислотно-основная – основана на отношении соединений к кислотам, основаниям и аммиаку, проста и удобна в использовании.

Согласно кислотно основной классификации катионы делят на 6 групп:

Аналитические классификации катионов базируются на химических свойствах их соединений и тесно связаны с местоположением элементов в периодической системе Д.И. Менделеева, их строением и физико-химическими характеристиками.

Аналитические классификации создавались на основе эмпирического опыта аналитической химии. По мере расширения и углубления теории химии стала возможной их интерпретация с позиции периодического закона.

Во всех классификациях имеется группа, не имеющая группового реагента, - Na+,

K+, и близкий к K+ по радиусу ион NH4+. Это катионы s1-элементов с электронной структурой благородного газа, низкой элеткроотрицательностью, малым радиусом, малыми поляризующими свойствами и малой поляризуемостью.

Большинство из солей растворимо в воде вследствие высокой полярности связи, близкой к ионной. В периодической системе они располагаются в IА – группе.

Во всех классификациях сходны группы катионов, осаждаемые серной кислотой, карбонатом аммония и гидрофосфатом натрия в присутствии аммиака. Это катионы

s2-элементов Ba2+,Ca2+, Sr2+, находящиеся во IIA-подгруппе периодической системы. Осадки их карбонатов, сульфатов и фосфатов образованы со сложными, легко поляризующимися анионами кислородных кислот, близкими по зарядности к соответствующим катионам s2-элементов. Химическая связь в результате этого носит частично ковалентный характер.

Все классификации также выделяют группу катионов, образующую осадки с HCl: d10-Ag+, d10s2 – Hg22+, Pb2+. Первые два – d-элементы, Pb2+ - p-элемент.

Из катионов остальных групп можно выделить амфолиты – катионы p- и d-элементов, обладающие амфотерными свойствами и расположенные по диагонали периодической системы, - Zn2+, Al3+,Cr3+ и т.д.

Амфолиты обладают небольшой элеткроотрицательностью, высокими поляризующими свойствами, и их соединения способны в зависимости от условий проявлять себя и как основания и как кислоты.

Определенное сходство имеют аналитические группы и в отношении расположения катионов, дающих комплексы с аммиаком. Это катионы d-элементов - Cu2+, Co2+, Ni2+ и т.д. Высокая способность к комплексообразованию присуща им вследствие акцепторных свойств незаполненных d-орбиталей.

Аналитические классификации логически вытекают на основе этого из периодического закона.

Систематический ход анализа I-VI групп катионов.

Предварительные испытания:

1)      определение pH раствора;

2)      цвет;

3)      запах;

4)      качественные реакции дробным методом проводят на ион NH4+, Fe2+,Fe3+.