Первая аналитическая группа катионов

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

Гидратированные ионы K⁺, Na⁺, Li⁺ являются очень слабыми кислотами, более выражены кислотные свойства у NH₄⁺ (рК_a = 9,24). Несклонны к реакциям комплексообразования. В окислительно-вос­становительных реакциях ионы K⁺, Na⁺, Li⁺ не участвуют, так как имеют постоянную и устойчивую степень окисления, ионы NH₄⁺ об­ладают восстановительными свойствами.

Обнаружение катионов I аналитической группы проводят по следующей схеме

Обнаружению K⁺, Na⁺, Li⁺ мешают катионы р- и d-элементов, которые удаляют, осаждая их (NH₄)₂CO₃. Обнаружению K⁺ мешает NH₄⁺, 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⁺ и Hg₂²⁺. 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 ионы Ag⁺ и Hg₂²⁺ восстанавливаются до элементарного состояния. Сильные окислители окисляют Pb²⁺ в Pb (IV), Hg₂²⁺ в Hg²⁺. Катионы данной группы склонны к образованию комплексных соединений. Групповым реагентом является хлороводородная кислота, осаждающая Ag⁺, Pb²⁺ и Hg₂²⁺ в виде белых осадков AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂. Осадок AgCl темнеет на свету в результате восстановления Ag⁺ до Ag. Осадок AgCl растворим в концентрированных растворах HCl и хлоридов и легко растворяется в растворе NH₃. Осадок Hg₂Cl₂ при действии NH₃ чернеет вследствие образования Hg. Осадок PbCl₂ растворяется в избытке HCl и хлорид-ионов, а также в горячей воде.

Схема систематического анализа:

Третья аналитическая группа катионов

К третьей аналитической группе относятся катионы Ca²⁺, Sr²⁺ и Ba²⁺. 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 разбавленная H₂SO₄. 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 и H₂S (сульфиды) или CO₂ (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]^-. Ионы Al³⁺ и Zn²⁺ имеют постоянную степень окисления. Ионы Cr³⁺ могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях. Групповым реагентом является NaOH, 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) и Sb (V). Образуют малорастворимые гидроксиды, карбонаты, сульфиды (кроме Mg²⁺), фосфаты. Растворы солей магния, висмута (III) и сурьмы (III, V) бесцветны. Растворы солей Fe (II) имеют бледно-зелёную окраску, Fe (III) - от жёлтой до коричневой (вследствие образования гидроксокомплексов) и Mn (II) - бледно-розовую окраску. Разбавленные растворы солей Fe (II) и Mn (II) бесцветны. Ионы Fe²⁺, Fe³⁺, Bi³⁺, Sb (III) и Sb (V) способны образовывать комплексные соединения, например, [Fe(CN)₆]^3-, Fe(CN)₆]^4-, [SbCl₆]^3-, [SbCl₆]^-, [BiI₄]^-. Все катионы данной группы (кроме Mg²⁺) проявляют окислительно-восстановительные свойства: Fe³⁺,Bi³⁺, Sb (V) - окислители; Fe²⁺, Sb (III) - восстановители. Групповым реагентом является раствор NH₃, от действия которого выпадают в осадок гидроксиды: белые Mg(OH)₂, Mn(OH)₂, Fe(OH)₂, Bi(OH)₃, Sb(OH)₃, SbO(OH)₃ и красно-бурый Fe(OH)₃. Окраска Fe(OH)₂ c течением времени изменяется до зелёной, а затем образуется красно-бурый Fe(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⁺ и Hg²⁺. 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 катионов VI группы является способность образовывать комплексные соединения, в том числе внутрикомплексные соединения с органическими реагентами. Все катионы VI аналитической группы, за исключением Cd²⁺, участвуют в реакциях окисления-восстановления. Ионы Hg²⁺ и Cu²⁺ проявляют себя как окислители, ионы Co²⁺ и Ni²⁺ - как восстановители. Групповым реагентом является раствор NH₃. 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 свойствам анионы 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