Аналитические признаки веществ

При проведении качественного анализа используют аналитические признаки веществ и аналитические реакции.

Аналитические признаки – такие свойства анализируемого вещества или продуктов его превращения, которые позволяют судить о наличии в нем тех или иных компонентов. Характерные аналитические признаки – цвет, запах, угол вращения плоскости поляризации света, радиоактивность, способность к взаимодействию с электромагнитным излучением (например, наличие характеристических полос в ИК-спектрах поглощения или максимумов в спектрах поглощения в видимой и УФ-области спектра) и др.

Аналитическая реакция – химическое превращение анализируемого вещества при действии аналитического реагента с образованием продукта с заметными аналитическими признаками. В качестве аналитических реакций чаще всего используются реакции образования окрашенных соединений, выделение или растворения осадков, газов, образование кристаллов характерной формы, окрашивание пламени газовой горелки, образование соединений, люминесцирующих в растворах. На результаты проведения аналитических реакций влияют температура, концентрация растворов, рН среды, присутствие других веществ (мешающих, маскирующих, катализирующих процессы).

Образование окрашенных соединений. Ионы меди Cu²⁺ в водных растворах, в которых они существуют в форме аквакомплексов [Cu(H₂0)_n]²⁺, при взаимодействии с аммиаком образуют растворимый комплекс яркого сине-голубого цвета, окрашивающий раствор в тот же цвет:

[Cu(H₂О)_n]²⁺ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + nH₂O

С помощью этой реакции можно идентифицировать ионы меди Cu²⁺ в водных растворах.

Если в водном растворе присутствуют ионы трехвалентного железа Fe³⁺, то при введении тиционат-ионов SCN ^– раствор окрашивается в красный цвет вследствие образования комплексов кроваво-красного цвета [Fe(SCN)_n(H₂O)_6-n]^3-n. При избытке реагента образуется координационно- насыщенный комплекс:

Fe³⁺ + 6SCN^- → [Fe(SCN)₆]^3–

Эта реакция используется для открытия ионов железа (III).

Выделение или растворение осадков. Ионы Ba²⁺, присутствующие в водном растворе, можно осадить, прибавляя раствор, содержащий сульфа-ионы SO₄^2– , в форме малорастворимого белого осадка сульфата бария:

Ba²⁺ + SO₄^2– → BaSO₄↓

Аналогичная реакция наблюдается при осаждении ионов кальция растворимыми карбонатами:

Ca²⁺ + CO₃^2– → CaCO₃↓

Белый осадок карбоната кальция растворяется при действии кислот:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

При этом выделяется углекислый газ.

Реакции с выделением газов. Если к раствору какой-либо соли аммония прибавить щелочь, то выделяется газообразный аммиак, что можно легко определить по запаху или по посинению влажной красной лакмусовой бумаги:

NH₄⁺ + OH^– → NH₃↑ + H₂O

Сульфиды при действии кислот выделяют газообразный сероводород:

S^2– + 2H⁺ → H₂S↑

Что легко ощущается по специфическому запаху сероводорода.

Образование кристаллов характерной формы (микрокристаллоскопическая реакция). Ионы калия K⁺ при реакции в нейтральных или уксуснокислых растворах с растворимым гексанитрокупратом (II) натрия и свинца Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] образуют черные кристаллы гесанитрокупрата (II) калия и свинца характерной кубической формы, которые можно увидеть при рассмотрении под микроскопом. Реакция протекает по схеме:

K⁺ + Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] → K₂Pb[Cu(NO₂)₆] + 2Na⁺

Она применяется в качественном анализе при открытии катионов калия.

Окрашивание пламени газовой горелки. При внесении соединений некоторых металлов в пламя газовой горелки наблюдается окрашивание пламени в тот или иной цвет в зависимости от природы металла. Например, соли лития окрашивают пламя в карминово-красный цвет, соли натрия – в желтый, соли калия - в фиолетовый, соли кальция – в кирпично-красный, соли бария – в желто-зеленый.

Окрашивание пламени газовой горелки соединениями металлов используется в качественном анализе для открытия катионов металлов, дающих излучение в видимой области спектра.

Образование соединений, люминесцирующих в растворах. Иногда в качественном анализе проводят аналитические реакции, продукты которых обладают свойством люминесценции в растворах, т.е. при облучении их светом в ультрафиолетовой или видимой области спектра (возбуждающее облучение) они испускают световое излучение с несколько большей длиной волны по сравнению с возбуждающим облучением. Визуально это наблюдается как окрашенное свечение раствора.

Так, при взаимодействии катиона лития Li⁺ с 8-оксихинолином образуются продукты реакции, обладающие голубой люминесценцией.