Основные характеристики качественного анализа. Специфические химические реакции

Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны. Качественный анализ в водных растворах основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы. Основоположником качественного анализа считается Р.Бойль, который ввёл представление о химических элементах как о неразлагаемых основных частях сложных веществ и систематизировал все известные в его время качественные реакции.

Для определения присутствия веществ, анионов, катионов используются качественные реакции. Проведя их можно подтвердить однозначно их наличие. Эти реакции широко используются при проведении качественного анализа, целью которого является определение наличия веществ или ионов в растворах или смесях.

Примеры качественных реакций на катионы

Катион	Воздействие и реактив	Наблюдаемая реакция
Li +	Пламя	Карминово-красное окрашивание
Na +	Пламя	Жёлтое окрашивание
K +	Пламя	Фиолетовое окрашивание
Ca2 +	Пламя	Кирпично-красное окрашивание
Sr2 +	Пламя	Карминово-красное окрашивание
Ba2 +	1. Пламя 2.	1. Жёлто-зелёное окрашивание 2. Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах
Cu2 +	Вода	Гидратированные ионы Cu^2 + имеют голубую окраску
Pb2 +	S^2 −	Выпадение чёрного осадка
Ag +	Cl ^−	Выпадение белого осадка
Fe2 +	Гексациано-феррат (III) калия K3[Fe(CN)6]	Выпадение синего осадка

Групповые, специфические и селективные реактивы в химическом анализе. Систематический м дробный анализ

Групповой реактив — реактив, образующий с большим числом неорганических ионов или определенными классами органических соединений характерные продукты реакции (осадок, газ, растворимые окрашенные продукты). Напр., сульфид аммония (NH₄)₂S является Групповым реактивом для катионов Al³⁺ Cr³⁺ Fe³⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Be²⁺, Се⁴⁺, Zr⁴⁺, Th⁴⁺, UO₂²⁺ и др. Он образует с перечисленными катионами осадки, нерастворимые в воде. Групповой реактив применяют для выделения группы ионов из смеси.

Специфическими считаются такие реагенты, которые дают характерную реакцию с анализируемым веществом или ионом в известных условиях, независимо от присутствия других ионов. Специфичных реагентов известно очень мало (например, крахмал, применяемый для обнаружения иода). В аналитической химии приходится иметь дело главным образом с селективными и групповыми реагентами. Селективный реагент взаимодействует с небольшим числом ионов. Селективные аналитические реагенты представляют собой преимущественно сложные органические соединения, способные к образованию характерных внутрикомплексных соединений с ионами металлов.

Дробный метод анализа опирается на Периодическую систему Д.И. Менделеева. Все катионы делят на 3 группы, включающие соответственно s-, p-, d- элементы. В дробном анализе применяют специфические реакции, которые позволяют обнаружить один ион в присутствии всех остальных ионов в любой последовательности в отдельных порциях анализируемого раствора. Именно, это является существенным недостатком дробного анализа, т.к. специфических реакций известно очень мало (все они отражены ниже в табл. 7). Поэтому дробное открытие ионов производится в два этапа: сначала путем подходящих реакций выделяют определяемый ион или же маскируют ионы, мешающие его открытию, а затем с помощью характерной (специфической или избирательной) убеждаются в присутствии определяемого иона. Основное применение дробный анализ находит при определении ограниченного числа ионов, содержащихся в смеси, состав которой приблизительно известен.

Приоритет в создании дробного анализа принадлежит российским химикам. Особенно много сделал в этой области Н.А. Тананаев.

Когда достаточно специфические реакции отсутствуют и нельзя повысить их специфичность каким-либо способом, обнаружение проводят с помощью более последовательного систематического анализа. Сущность которого состоит в том, что ионы отделяются не по одному, а целыми группами с помощью так называемых групповых реагентов и только затем прибегают к обнаружению индивидуальных ионов с помощью специфических или

Способ перевода

Типы растворимых соедин ени й

Не растворяются

Растворение в соляной кислоте (1М раствор)

Карбонаты Сульфиты Фосфа ты Сульфиды Оксиды

Al2O3, Cr2O3, SiO2

HgS, BiS2, CuS, PbS,

As2S3

Растворение в азотной кислоте (0,5М раствор)

PbS, As2S3, Bi2S3, CuS, Hg2SO4

HgS

Cплавление с содой и растворение в соляной кислоте

Сульфиды Силикаты, SiO2

Сульфаты Ba2+, Ca2+, Sr2+, Pb2+

Cплавление с гидросульфатом и растворение в воде

Al2O3, Cr2O3

Обработка серной кислотой (0,5 М)

Хлориды, бромиды, иодиды, нерастворимы е в водеизбирательных реакций. Т.о., сложная задача разбивается на ряд более простых задач. Недостатком этого метода является то, что во многих случаях много вр емени пр иходится затр ачивать на опер ацию отдел ения ио нов (центрифугирование, промывание и т. п.).

В настоящее время в аналитической химии разработаны три метода систематического анализа катионов:

1. Классический сероводородный метод, основанный на образовании сульфидов или сернистых соединений при взаимодействии с сероводородом. Однако, ввиду того, что в качестве группового реагента в нем используется токсичный и неприятнопахнущий сероводород, он не нашел широкого применения в лабораторной практике студентов.

2. Кислотно-щелочной метод, основанный на образовании нерастворимых осадков, Именно этот метод в дальнейшем и привлечет наше в нима ни е.