Розділ 3. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ (хімічні методи)

Слід розрізняти види якісного аналізу

1. За способом спостереження зовнішнього ефекту: хімічний (передбачає

виконання хімічних реакцій) та інструментальний (передбачає використання сучасних аналітичних приладів).

2. За класом ідентифікованої речовини: органічний (виявлення органічних

сполук) і неорганічний (виявлення мікроелементів).

3. За кількістю ідентифікованої речовини: макро- (0,1-1 г) , мікро-,(<0,001

г) напівмікро-(0,01 г), ультрамікро- (< 10⁻⁶ г) тощо.

4. За кількістю і типом ідентифікованих об'єктів: повний (ідентифікація

елементів, функціональних груп, молекул, фаз, які входять до складу досліджуваного об'єкту), частковий (ідентифікація окремих елементів, груп, молекул, іонів тощо в залежності від поставленої задачі), елементний (ідентифікація елементів, з яких складається досліджуваний об'єкт), функціональний (ідентифікація функціональних груп, які входять до складу молекули), молекулярний (ідентифікація молекул речовин, які входять до складу об'єкту), фазовий (ідентифікація фаз, які входять до складу об'єктів – тверда, рідка, газоподібна), речовинний (Визначення хімічної форми ідентифікованого компоненту. Наприклад, потрібно визначити у якому ступіню окиснення присутній елемент: As (III) чи As (V), або у якому хімічному стані присутній елемент: купрум знаходиться у мінералі у вигляді оксиду або сульфіду, або їх суміші.) тощо.

Нині зростає значення проведення тест-контролю при оцінці якості харчової

продукції та сировини, а також при оцінці забрудненості об'єктів навколишнього середовища безпосередньо у місцях пробовідбору.

Переважна більшість аналітичних реакцій відбувається у розчинах. Яким би чином неогранічна речовина, що аналізується, не переводилася б у рочинений стан, одержується розчин, який містить не елементи, а іони, у вигляді яких ці елементи можуть існувати у розчині. Однакові іони проявляють однакові властивості і дают одні й ті самі аналітичні реації незалежно від того, до складу яких сполук вони входять. Наприклад, якщо до розчину хлористоводневої кислоти або її солей додають розчин нітрату срібла, в усіх випадках одержують однаковий характерний осад хлориду срібла. Якщо записати ці реації в іонному вигляді, стає ясно, що в усіх випадках відбувається одна аналітична реакція:

Cl^– + Ag ⁺ = AgCl 

Тому аналітичні реакції вивчаються окремо для катіонів і аніонів.

Реактиви, за допомогою яких певний іон можна виявити у присутності

інших іонів, називають специфічними. Специфічних реактивів дуже мало, тому перед відкриттям того чи іншого іона необхідно відокремити його від інших іонів, які дають аналітичні реакції з тим же реактивом. Порядок відокремлення одних іонів від інших і послідовність їх відкриття складають систематичний хід аналізу.

У систематичному ході аналізу використовуються такі реактиви, які

дозволяють із складної суміші іонів перевести в осад певну групу іонів для подальшого аналізу. Такі реактиви називають груповими, а групи іонів, які вони відокремлюють, - аналітичними групами. Усі катіони відповідно до їх аналітичних властивностей поділяються на п‘ять груп.

Існує декілька методів систематичного аналізу катіонів у залежності від застосування групових реагентів:

1. сульфідний (сірководневий) метод, групові реагенти – сірководень та сульфід амонію;

2. кислотно-основний метод, групові реагенти – кислоти (НС1, H₂SO₄) і основи (NaOH, KOH, NH₃H₂O);

3. аміачно-фосфатний метод, груповий реагент – суміш (NH₄)₂HPO₄+NH₃

Таблиця 3.1

Сірководнева класифікація катіонів

№ групи	Катіони	Груповий реагент	Характеристика групи
І	K^+, Na^+, NH4^+, Mg^2+	немає	–
ІІ	Ca^2+, Ba^2+, Sr^2+	(NH4)2CO3 + NH4OH + NH4Cl Карбонати не розчиняються у воді	CaCO3, SrCO3, BaCO3 - білі
ІІІ	Fe^2+, Fe^3+, Mn^2+, Zn^2+, Co^2+, Ni^2+, Al^3+, Cr^3+	(NH4)2S, pH 9,25 (NH4OH + NH4Cl) Сульфіди не розчиняються у воді, аміаку, розчиняються у НС1	Al(OH)3 - білий Cr(OH)3 – сіро-фіолетовий Fe2S3, FeS, NiS, CoS – чорні; ZnS – білий MgS – тілесний
IV	а) Cu^2+, Hg^2+, Cd^2+, Bi^3+, (Pb^2+); б) As(III, V), Sb (III, V), Sn (II, IV)	H2S, pH 0,5 Сульфіди не розчиняються в НС1	СuS, HgS,Bi2S3 – чорнi; CdS, As2S3, SnS2 – жовті; Sb2S3, Sb2S5 – оранжово-червоні; SnS – бурий; As(V) відновлюється в процесі осадження, As2S3 виділяється тільки в 6 М НС1
V	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	2 M HCl	AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 - білі

Таблиця 3.2.

Кислотно-основна класифікація катіонів

№ групи	Катіони	Груповий реагент	Характеристика групи
І	K^+, Na^+, NH4^+	Немає. Хлориди, сульфати, гідроксиди розчинні у воді.	–
ІІ	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	2 M HCl. Хлориди не розчиняються у воді та кислотах	AgCl, PbCl2, Hg2Cl2
ІІІ	Ca^2+, Ba^2+, Sr^2+	1 М H2 SO4 Сульфати не розчиняютьсяу воді і кислотах	Ca SO4, Sr SO4, Ba SO4
IV	Zn^2+, Al^3+, Cr^3+ As(III, V), Sn (II, IV)	Надлишок 4 М NaOH або KOH. Гідроксиди не розчиняються у воді, розчиняються в кислотах і в лугах	[Zn(OH)4]^2–, [Al(OH)4]^–, [Cr(OH)4]^–, SnO2^2–, SnO3^2–, AsO3^3–, AsO4^3–
V	Mg^2+, Mn^2+, Bi^3+, Fe^2+, Fe^3+, Sb (III, V)	Надлишок 25% NH4OH/ Гідроксиди не розчиняються у воді, аміаку і лугах	Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3,Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3, SbO(OH)3
VI	Cu^2+, Hg^2+, Cd^2+, Co^2+, Ni^2+	Надлишок 25% NH4OH. Гідроксиди не розчиняються у воді, надлишку лугу. Розчиняються в аміаку з утворенням аміакатів	[Cu(NH3)4]^2+,[Hg(NH3)4]^2+, [Cd(NH3)4]^2+,[Co(NH3)6]^2+, [Ni(NH3)6]^2+

3.1. Ідентифікація катіонів за сірководневою схемою

3.1.1. Характеристика реакцій катіонів першої та другої аналітичних груп:

K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺

З багатьох катіонів першої та другої аналітичних груп ми вивчаємо ті, що

безпосередньо пов‘язані з харчуванням людини. Тільки катіони барію отруйні і небезпечні для людини, але вони часто використовуються як важливий аналітичний реактив.

Катіони амонію утворюються при розчиненні харчових продуктів у концентрованій сірчаній (сульфатній) кислоті. Органічні сполуки при цьому руйнуються, а аміногрупи амінокислот, з яких побудовані білки, перетворюються на іони амонію. Визначивши кількість іонів амонію у розчині, що утворилися, визначають загальний вміст білків у харчовому продукті.

Натрій, калій, кальцій та магній у вигляді відповідних сполук споживаються людиною щодено у кількості від 0,5 до 5 г – це макроелементи. Натрію ми споживаємо більше ніж потрібно, звикнувши додавати NaCl під час приготування їжі. Тому дуже важливо врівноважувати це споживанням продуктів, багатих на калій, оскільки саме іони натрію і калію у певному співвідношенні підтримують осмотичну рівновагу в організмі людини і регулюють водний обмін. Кальцій потрібен дітям, у яких формуються кістки, і дорослим, оскільки він має протизапальні властивості і виконує багато інших функцій в організмі. Магній нормалізує діяльність нервової системи, знімає спазми, розширює судини та має інші важливі властивості.

Катіони першої та другої аналітичних груп утворюються елементами основних підгруп першої та другої груп періодичної системи. Усі однозарядні катіони належать до першої аналітичної групи разом з іонами амонію. Іони NH₄⁺ у розчині за своїм зарядом і розмірами такі ж, як і іони К⁺. Оскільки осади солей утворюються за рахунок електростатичної взаємодії між катіоном і аніоном, іони NH₄⁺ утворюють осади з усіма реактивами на іони К⁺ і заважають відкриттю калію.

Катіони Mg²⁺ залишаються у розчині разом з катіонами першої аналітичної групи, коли усі інші двозарядні катіони осаждуються карбонатом амонію – груповим реактивом другої аналітичної групи. Тому катіони магнію відносять саме до першої, а не до другої аналітичної групи.