Третья аналитическая группа катионов

 

К тр е тьей аналитической группе относят катионы бария, стронция и кальция (Ва²⁺, Sr²⁺, Са²⁺). Их групповым реактивом является разбавленная серная кислота H₂SO₄, которая осаждает эти катионы в виде белых кристаллических малорастворимых в кислотах и щелочах сульфатов (BaSO₄, SrSO₄, CaSO₄).

 

Ba²⁺ + (SO₄)^2─ = BaSO_4(тв);

 

Sr²⁺ + (SO₄)^2─  = SrSO_4(тв);

 

Ca²⁺ + (SO₄)^2─  = CaSO_4(тв).

Растворимость сульфатов в воде различна: ПР_CaSO4 = 2.4∙ 10^-5; ПР_SrSO4 = 3.2∙ 10^-7; ПР_BaSO4 = 2.1∙ 10^-10. Наименее растворим сульфат бария, поэтому групповым реактивом смеси катионов этой группы он осаждается первым, сульфат стронция - через некоторое время после смешивания реактивов, а сульфат кальция образуется только из насыщенных растворов. Растворимость сульфата кальция существенно снижается в присутствии этилового спирта. Для отделения ионов кальция от остальных катионов третьей группы используют растворимость сульфата кальция в сульфате аммония:

 

CaSO_{4 (тв)} + (NH₄)₂SO₄ = (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂].

 

Труднорастворимы и карбонаты этих ионов. Их произведения растворимости: ПР_СаСО3 = 4.8∙ 10^-9; ПР_SrСОз = 1 6∙ 10^-9; ПР_ВаСО3 = 8∙ 10^-9. В ходе анализа сульфаты необходимо перевести в карбонаты. В соответствии с их растворимостью сульфаты кальция и стронция довольно легко переходят в карбонаты, а сульфат бария очень трудно. Для перевода сульфатов бария, кальция и стронция в карбонаты их многократно обрабатывают горячим раствором Na₂CO₃ или сплавляют с гидрокарбонатом натрия при температуре 600-800⁰С:

 

MeSO_4(тв) + Na₂CO₃ = MeCO_{3 (тв)} + Na₂SO₄.

 

Образовавшиеся карбонаты ионов третьей аналитической группы легко растворимы в минеральных кислотах:

 

MeCO₃ + 2H⁺ = Me²⁺ + H₂O + CO₂↑.

В полученном растворе можно специфическими реакциями открывать отдельные катионы данной группы. 2.3.1. Реакции катиона бария

 

1. Окрашивание пламени. При внесении в пламя горелки летучих солей бария пламя окрашивается в желто-зеленый цвет.

 

++=2. Реакция с хроматом K ₂ CrO ₄ и дихроматом калия K ₂ Cr ₂ O ₇.

 

Ba²⁺ + CrO₄^2- = BaCrO_4(тв).

 

2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O + 2CH₃COO^- = 2BaCrO_{4 (тв)} + 2CH₃COOH.

 

Образуется желтый кристаллический осадок хромата бария, растворимый в азотной и соляной кислотах. Реакцию ведут в присутствии уксусной кислоты, которая растворяет хромат стронция SrCrO₄ и препятствует его осаждению вместе с хроматом бария.

Методика проведения реакции . К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы бария, добавляют 3-4 капли раствора CH₃COONa и 1-2 капли раствора дихромата калия. Пробирку нагревают на водяной бане. Образуется желтый кристаллический осадок хромата бария.

 

3. Реакция с гипсовой водой CaSO ₄. Образуется белый осадок сульфата бария по реакции:

 

Ba²⁺ + CaSO₄ = BaSO_4(тв) + Ca²⁺.

 

Реакции катиона кальция

 

1. Окрашивание пламени. Пламя горелки при внесении солей кальция окрашивается в кирпично-красный цвет.

 

2. Реакция с оксалатом аммония ( NH ₄ )₂C₂O₄.

 

Ca²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O_4(тв).

 

Оксалат аммония образует с ионами кальция кристаллический осадок CaC₂O₄ ∙ 5H₂O. Осадок растворяется в сильных кислотах, но нерастворим в уксусной кислоте (в отличие от оксалатов стронция и бария).

Методика проведения реакции . К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы кальция, добавляют 2-3 капли раствора оксалата аммония. Выпадает белый кристаллический осадок. Растворимость осадка проверяют в уксусной, а затем в соляной кислотах.

 

+++3. Реакция с гексацианоферратом(II) калия K ₄ [ Fe ( CN )₆].

 

Ca²⁺ + [Fe(CN)₆]^4- + 2NH₄OH = Ca(NH₄)₂[Fe(CN)₆] _(тв)  + 2OH^-.

 

В слабощелочной среде (рН 9) образуется белый кристаллический осадок смешанной кальций-аммонийной соли, растворимой в минеральных кислотах, но нерастворимой в уксусной кислоте. Реакцию проводят в присутствии аммиачной буферной смеси. Ионы Sr²⁺ этим реактивом не осаждаются. Ионы Ba²⁺ должны быть предварительно удалены.

Методика проведения реакции . На предметном стекле перемешивают 2-3 капли раствора, содержащего ионы кальция, с 2-3 каплями раствора NH₄OH, нагревают до 60-70⁰С и добавляют 3 капли раствора гексацианоферрата(II) калия.

4. Микрокристаллоскопическая реакция с серной кислотой H ₂ SO ₄. В разбавленных растворах ион кальция образует с серной кислотой характерные игольчатые кристаллы CaSO₄ ^. 2H₂O. Мешают проведению реакции ионы Pb²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, если они присутствуют в 10-кратном по отношению к ионам кальция избытке.

Методика проведения реакции . На предметное стекло помещают каплю раствора соли кальция, рядом помещают каплю H₂SO₄ (1: 4). Стеклянной палочкой соединяют капли, дают постоять и рассматривают под микроскопом кристаллы, образовавшиеся по краям капли.

Реакции катиона стронция

 

1. Окрашивание пламени. Летучие соли стронция окрашивают пламя горелки в карминово-красный цвет.

2. Реакция с родизонатом натрия Na ₂ C ₆ O ₆.

 

При проведении этой реакции на фильтровальной бумаге образуется красно-бурое окрашивание осадка родизоната стронция, исчезающее в присутствии соляной кислоты. Если в растворе присутствуют ионы бария, то реакцию проводят, предварительно добавляя хромат-ионы.

Методика проведения реакции. На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора хромата калия, затем каплю исследуемого раствора, содержащего ионы стронция. Выдерживают бумагу в течение 2-3 минут и добавляют каплю раствора родизоната натрия. В присутствии ионов стронция бумага окрашивается в буро-красный цвет, при их отсутствии остается желтой.

 

Некоторые реакции катионов третьей аналитической группы приведены в табл. 7.

Таблица 7

 

Сводная таблица реакций катионов третьей аналитической г руппы

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: