Первая аналитическая группа катионов

К первой аналитической группе катионов относятся катионы K⁺,Na⁺,NH₄⁺,Li⁺. Группового реагента данные катионы не имеют. Ионы аммония и калия образуют малорастворимые гексанитрокобальтаты, перхлораты, хлорплатинаты, а также малорастворимые соединения с некоторыми крупными органическими анионами, например, дипикриламином, тетрафенилборатом, гидротартратом и др. Водные растворы солей катионовIгруппы, за исключением солей, образованных окрашенными анионами, бесцветны.

Гидратированные ионы K⁺,Na⁺,Li⁺являются очень слабыми кислотами, более выражены кислотные свойства уNH₄⁺(рК_a= 9,24). Несклонны к реакциям комплексообразования. В окислительно-восстановительных реакциях ионыK⁺,Na⁺,Li⁺не участвуют, так как имеют постоянную и устойчивую степень окисления, ионыNH₄⁺обладают восстановительными свойствами.

Обнаружение катионов Iаналитической группы проводят по следующей схеме

Обнаружению K⁺,Na⁺,Li⁺мешают катионы р- иd-элементов, которые удаляют, осаждая их (NH₄)₂CO₃. ОбнаружениюK⁺ мешаетNH₄⁺, который удаляют прокаливанием сухого остатка или связыванием с формальдегидом:

4 NH₄⁺ + 6CHOH + 4ОН^-  (CH₂)₆N₄ + 10H₂O

Вторая аналитическая группа катионов

Ко второй аналитической группе относятся катионы Ag⁺,Pb²⁺иHg₂²⁺. Катионы данной группы образуют малорастворимые гидроксиды, хлориды, хроматы, карбонаты, сульфаты, сульфиды, иодиды, арсенаты, арсениты. Большинство солей в растворе бесцветны. Окрашены хроматы, дихроматы, иодиды, сульфиды и др. В присутствии восстановителей ионыAg⁺иHg₂²⁺восстанавливаются до элементарного состояния. Сильные окислители окисляютPb²⁺вPb(IV),Hg₂²⁺ вHg²⁺. Катионы данной группы склонны к образованию комплексных соединений. Групповым реагентом является хлороводородная кислота, осаждающаяAg⁺,Pb²⁺иHg₂²⁺в виде белых осадковAgCl,Hg₂Cl₂,PbCl₂. ОсадокAgClтемнеет на свету в результате восстановленияAg⁺доAg. ОсадокAgClрастворим в концентрированных растворахHClи хлоридов и легко растворяется в раствореNH₃. ОсадокHg₂Cl₂ при действииNH₃ чернеет вследствие образованияHg. ОсадокPbCl₂растворяется в избыткеHClи хлорид-ионов, а также в горячей воде.

Схема систематического анализа:

Третья аналитическая группа катионов

К третьей аналитической группе относятся катионы Ca²⁺,Sr²⁺иBa²⁺. Образуют малорастворимые карбонаты, сульфаты, хроматы, фосфаты, оксалаты, фториды. В водных растворах бесцветны. К реакциям комплексообразования несклонны. Степень окисления постоянна и равна +2. Групповым реагентом является разбавленнаяH₂SO₄. Осадки сульфатов не растворяются в кислотах и щелочах. Для полноты осаждения к раствору прибавляют этанол.

Схема систематического анализа:

Четвёртая аналитическая группа катионов

К четвёртой аналитической группе относятся катионы Al³⁺,Cr³⁺,Zn²⁺. Образуют малорастворимые гидроксиды, фосфаты, карбонаты, сульфиды. Сульфиды и карбонаты алюминия и хрома при взаимодействии с водой образуют гидроксид металла иH₂S(сульфиды) илиCO₂(карбонаты). В водных растворах катионы данной группы, за исключением [Cr(H₂O)₆]³⁺, бесцветны. Гидратированные катионы четвёртой группы обладают выраженными кислотными свойствами. Образуют комплексные соединения, например, [Al(OH)₄]^-. ИоныAl³⁺иZn²⁺имеют постоянную степень окисления. ИоныCr³⁺могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях. Групповым реагентом являетсяNaOH, в избытке которого гидроксиды катионов четвёртой аналитической группы, обладающие амфотерными свойствами, растворяются с образованием комплексных соединений типа [Al(OH)₄]^-, [Cr(OH)₄]^-, [Zn(OH)₄]^2-.

Схема систематического анализа

Пятая аналитическая группа катионов

К пятой аналитической группе относятся катионы Mg²⁺,Mn²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Bi³⁺,Sb(III) иSb(V). Образуют малорастворимые гидроксиды, карбонаты, сульфиды (кромеMg²⁺), фосфаты. Растворы солей магния, висмута (III) и сурьмы (III,V) бесцветны. Растворы солейFe(II) имеют бледно-зелёную окраску,Fe(III) - от жёлтой до коричневой (вследствие образования гидроксокомплексов) иMn(II) - бледно-розовую окраску. Разбавленные растворы солейFe(II) иMn(II) бесцветны. ИоныFe²⁺,Fe³⁺,Bi³⁺,Sb(III) иSb(V) способны образовывать комплексные соединения, например, [Fe(CN)₆]^3-,Fe(CN)₆]^4-, [SbCl₆]^3-, [SbCl₆]^-, [BiI₄]^-. Все катионы данной группы (кромеMg²⁺) проявляют окислительно-восстановительные свойства:Fe³⁺,Bi³⁺,Sb(V) - окислители;Fe²⁺,Sb(III) - восстановители. Групповым реагентом является растворNH₃, от действия которого выпадают в осадок гидроксиды: белыеMg(OH)₂,Mn(OH)₂,Fe(OH)₂,Bi(OH)₃,Sb(OH)₃,SbO(OH)₃и красно-бурыйFe(OH)₃. ОкраскаFe(OH)₂cтечением времени изменяется до зелёной, а затем образуется красно-бурыйFe(OH)₃. Осадки гидроксидов растворяются в кислотах и не растворяются в избытке щёлочи и аммиака.

Схема систематического анализа

Шестая аналитическая группа катионов

К шестой аналитической группе относятся катионы Cu²⁺,Co²⁺,Cd²⁺,Ni²⁺иHg²⁺. Образуют малорастворимые сульфиды, карбонаты, оксалаты, фосфаты, арсенаты, силикаты, хроматы, иодиды меди (I) и ртути (II). Большинство растворимых в воде солей окрашены: соли никеля - зелёные, кобальта - красные, меди - синие. Характерным свойством катионовVIгруппы является способность образовывать комплексные соединения, в том числе внутрикомплексные соединения с органическими реагентами. Все катионыVIаналитической группы, за исключениемCd²⁺, участвуют в реакциях окисления-восстановления. ИоныHg²⁺иCu²⁺проявляют себя как окислители, ионыCo²⁺иNi²⁺- как восстановители. Групповым реагентом является растворNH₃. Гидроксиды катионов данной группы растворяются в избытке аммиака с образованием окрашенных аммиачных комплексов (катион тетраамминртути – бесцветный).

Схема систематического анализа

2.4. Общая характеристика, классификация и способы обнаружения анионов

Реакции обнаружения анионов могут быть основаны на их окислительно-восстановительных свойствах, способности образовывать малорастворимые соединения, а также на взаимодействии с кислотами с образованием газообразных продуктов. Классификации анионов не является строго установленными. Например, в зависимости от растворимости солей бария и серебра анионы разделяют на:

По окислительно-восстановительным свойстваманионы можно разделить на следующие группы:

Анионы обычно обнаруживают дробным методом, и групповые реагенты используют только для установления наличия или отсутствия анионов той или иной группы. Обнаружение некоторых анионов может проводиться систематическим методом:

Систематический анализ смеси серусодержащих анионов