Первая аналитическая группа катионов

К первой аналитической группе относятся катионы щелочных металлов: калия K⁺, натрия Na⁺, лития Li⁺ и катион аммония NH₄⁺. Большинство солей катионов первой аналитической группы представляют собой белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Вследствие этого катионы данной группы не имеют группового реагента, и открывают их только с помощью частных реакций. Перед проведением частных реакций на катионы первой группы ионы других групп удаляют методом осаждения (например, в виде карбонатов в нейтральной или щелочной среде).

Реакции катиона лития

1. Окрашивание пламени. Летучие соединения лития окрашивают бесцветное пламя горелки в карминово-красный цвет. Реакция весьма чувствительна. Определению мешают ионы натрия. Желтую окраску ионов Na⁺ маскируют, используя индиговую призму или кобальтовое стекло, не пропускающее желтых лучей.

Методика проведения реакции. С помощью металлической петли из флакона берется небольшое количество соли и вносится в пламя спиртовки. Пламя окрашивается в карминово-красный цвет.

 

2. Реакция с фторидом аммония NH₄ F. При нагревании смеси растворов соли лития и фторида аммония выделяется белый аморфный осадок фторида лития, растворимый в уксусной кислоте.

 

Li⁺ + F^- = LiF_(тв).

 

Методика проведения реакции. В пробирку помещают 2-3 капли раствора, содержащего ионы лития, и 2-3 капли раствора фторида аммония или калия. Смесь нагревают до кипения, при этом медленно выделяется белый аморфный осадок. Определению мешают ионы Mg²⁺, которые можно замаскировать, проводя реакцию в присутствии аммиака при рН 9-10.

 

+++2.1.2. Реакции катиона аммония

 1. Реакция со щелочами. При нагревании растворов солей аммония со щелочами образуется гидрат аммиака, который разлагается с выделением аммиака, имеющего характерный запах нашатырного спирта.

 

NH₄⁺ + OH^- ↔ NH₃ × Н₂О ↔ NH_3(г) + H₂O.

 

Выделение аммиака можно зафиксировать с помощью лакмусовой или универсальной индикаторной бумаги, смоченной водой и внесенной в пары. При выделении аммиака лакмусовая бумага синеет.

Методика проведения реакции . В пробирку вносят 5 капель раствора, содержащего ионы аммония, и добавляют 5 капель щелочи. Пробирку слегка подогревают и к верхней части подносят влажную индикаторную бумагу. В присутствии ионов аммония индикаторная бумага синеет.

 

2. Реакция с гидротартратом натрия NaHC₄H₄O₆. Образуется белый кристаллический осадок гидротартрата аммония, растворимый в кислотах и щелочах. Кристаллы имеют характерную форму.

 

NH₄⁺ + HC₄H₄O₆^- = NH₄HC₄H₄O_6(тв).

Методика проведения реакции . На предметное стекло наносят капилляром 1-2 капли анализируемого раствора, рядом наносят 1-2 капли гидротартрата натрия. Капли соединяют стеклянной палочкой и перемешивают. Стекло охлаждают, и через несколько минут наблюдают в микроскоп форму образовавшихся кристаллов. Определению мешают ионы калия.

 

3. Реакция с реактивом Несслера (K₂[HgI₄]+KOH). Реактив Несслера (смесь тетраиодомеркурата(II) калия с гидроксидом калия) взаимодействует с ионом NH₄⁺, образуя красно-бурый осадок иодида меркураммония [OHg₂NH₂]I, растворимый в кислотах и щелочах.

 

 

Методика проведения реакции . К одной капле раствора, содержащего ионы аммония, прибавляют 1 каплю реактива Несслера. Реакцию удобнее всего проводить на предметном стекле.

 

4. Реакция с гексанитрокобальтатом(III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆]:

2NH₄⁺ + Na₃[Co(NO₂)₆] = (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆]_(тв) + 2Na⁺.

 

Образуется осадок желтого цвета, растворимый в воде при нагревании.

Методика проведения реакции. В пробирку помещают 3 капли анализируемого раствора, содержащего ионы NH₄⁺, и 3 капли раствора гексанитрокобальтата(III) натрия. После появления осадка проверяют его растворимость в кислотах или щелочах. Определению мешают ионы калия.

Реакции катиона натрия

 

1. Окрашивание пламени. Летучие соединения натрия окрашивают пламя горелки в желтый цвет.

Методика проведения реакции . Нихромовую проволоку почистить наждачной бумагой, подержать в концентрированной соляной кислоте и прокалить в пламени горелки. При этом не должно получаться ярко-желтого окрашивания. Подготовленную проволоку опустить в раствор соли натрия (хлорида или нитрата) и снова прокалить в пламени горелки. Яркое желтое окрашивание пламени в течение нескольких секунд говорит о наличии натрия.

2. Реакция с дигидроантимонатом калия KH₂SbO₄. При взаимодействии катионов натрия с дегидроантимонатом калия образуется белый мелкокристаллический осадок дигидроантимоната натрия, растворимый в щелочах и кислотах.

 

Na⁺ + KH₂SbO₄ = NaH₂SbO_4(тв) + K⁺.

 

Методика проведения реакции . В пробирку помещают 5 капель раствора, содержащего ионы натрия, и добавляют 5 капель раствора KH₂SbO₄. Для ускорения выпадения осадка стенки пробирки потирают стеклянной палочкой. Проведению реакции мешают ионы лития.

3. Реакция с цинкуранилацетатом ZnH(UO₂)₃(CH₃COO)₉:

Na⁺ + ZnH(UO₂)₃(CH₃COO)₉ = NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉ + Н⁺.

 

Образуется мелкокристаллический осадок цинкуранилацетата натрия лимонно-желтого цвета, имеющий характерное строение. Осадок растворим в щелочах и кислотах.

Методика проведения реакции. На предметное стекло наносят каплю раствора, содержащего ионы натрия, и высушивают на плитке. Охлаждают стекло и на место высохшей капли помещают каплю раствора цинкуранилацетата. Форму образовавшихся кристаллов наблюдают в микроскоп. Проведению реакции мешают ионы лития.

Реакции катиона калия

 

1. Окрашивание пламени. Соли калия окрашивают пламя горелки в фиолетовой цвет.

Методика проведения реакции . Прокаливают платиновую проволоку в пламени горелки, смачивают ее раствором соли калия и вносят в пламя. Соединения калия окрашивают бесцветное пламя горелки в фиолетовой цвет.

2. Реакция с гидротартратом натрия NaHC₄H₄O₆.

 

K⁺ + HC₄H₄O₆^- = KHC₄H₄O_6(тв).

 

Образуется белый мелкокристаллический осадок гидротартрата калия, растворимый в кислотах и щелочах. Кристаллы осадка имеют характерную форму.

Методика проведения реакции . На предметное стекло наносят капилляром 1-2 капли анализируемого раствора, рядом наносят 1-2 капли гидротартрата натрия. Капли соединяют стеклянной палочкой и перемешивают. Стекло охлаждают, и через несколько минут наблюдают в микроскоп форму образовавшихся кристаллов. Определению мешают ионы аммония.

 

3. Реакция с гексанитрокобальтатом(III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆].

2K⁺ + Na₃[Co(NO₂)₆] = NaK₂[Co(NO₂)₆]_(тв) + 2Na⁺.

 

Реакцию ведут в нейтральной или уксуснокислой среде. Образуется желтый кристаллический осадок двойной соли калия и натрия, растворимый в кислотах и щелочах, нерастворимый в уксусной кислоте.

Методика проведения реакции. В пробирку помещают 3 капли анализируемого раствора, содержащего ионы K⁺ и 3 капли раствора гексанитрокобальтата(III) натрия. После появления осадка проверяют его растворимость в кислотах или щелочах. Определению мешают ионы аммония.

 

4. Реакция с гексанитрокупратом(II) свинца и натрия Na ₂ Pb [ Cu ( NO ₂ )₆].

 

2K⁺ + Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] = K₂Pb[Cu(NO₂)₆]_(тв) + 2Na⁺.

 

Образуется осадок черного цвета, содержащий кристаллы характерной формы. Осадок растворим в кислотах и щелочах.

Методика проведения реакции . Каплю раствора, содержащего ионы калия, помещают на предметное стекло и высушивают на плитке. Добавляют каплю раствора гексанитрокупрата(II) свинца и наблюдают под микроскопом форму образовавшихся кристаллов. Проведению реакции мешают катионы аммония.

 

Некоторые реакции катионов первой аналитической группы приведены в табл. 5.

 

Таблица 5

 

Сводная таблица реакций катионов первой аналитической группы

Реагент

Катионы