Аммиачно-фосфатная классификация катионов по группам

Качественный химический анализ

Аналитическая классификация катионов по группам

В связи с применением различных групповых реагентов сформировались различные классификации катионов по группам или различные методы качественного анализа катионов:

- сероводородный (сульфидный);

- аммиачно-фосфатный;

- кислотно-основной;

- карбонатный;

- бифталатный;

- сульфидно-основной;

- тиоацетамидный.

Наиболее распространенными являются три аналитические классификации катионов по группам: сероводородная (сульфидная); аммиачно-фосфатная; кислотно-основная. В основу той или иной классификации катионов положены их сходства или различия по отношению к действию определенных аналитических реагентов и свойства образующихся продуктов реакций: растворимость в воде, в кислотах и щелочах, в растворах некоторых веществ, способность к комплексообразованию, окислительно-восстановительные свойства.

Сероводородная (сульфидная) классификация катионов по группам

Данная классификация основывается на использовании в качестве групповых аналитических реагентов растворов хлороводородной кислоты HCl, раствора сероводорода H₂S, раствора сульфида аммония (NH₄)₂S, раствора карбоната аммония (NH₄)₂CO₃. Катионы согласно данной классификации делятся на пять аналитических групп в зависимости от растворимости их хлоридов, сульфидов и карбонатов. Иногда некоторые катионы (Pb²⁺) включают в разные аналитические группы (табл.2.1).

К первой аналитической группе (I), не имеющей группового реагента, относятся катионы Li⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Mg²⁺. Данные катионы открывают в растворе с использованием частных реакций на каждый катион.

Ко второй аналитической группе (II) относят катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺. Групповой реагент – раствор карбоната аммония в аммиачном буферном растворе (рН ≈ 9,2). Групповой реагент осаждает указанные катионы в виде осадков малорастворимых карбонатов: CaCO₃, SrCO₃, BaCO₃. Катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ не осаждаются из водных растворов при действии сульфида аммония или сероводорода, так как их сульфиды растворимы в воде.

К третьей аналитической группе (III) относят катионы Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺. Групповым реагентом для нее является нейтральный или слабо-щелочной (рН 7-9) водный раствор сульфида аммония (в присутствии аммиака и хлорида аммония). Он осаждает из водных растворов катионы Al³⁺ и Cr³⁺ в виде гидроксидов Al(OH)₃ и Cr(OH)₃, а остальные катионы – в виде сульфидов: MnS, FeS, Fe₂S₃, CoS, NiS, ZnS. В соответствии с этим катионы III аналитической группы разделяют на две подгруппы. К первой подгруппе относят катионы Al³⁺, Cr³⁺; ко второй подгруппе – катионы Zn²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺. Из кислых водных растворов катионы III группы сероводородом не осаждаются.

Таблица 2.1

Сероводородная (сульфидная) классификация катионов

К IV аналитической группе относят катионы Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, As³⁺, As⁵⁺. Групповым реагентом на данную группу является кислый (концентрация 0,3 моль/л по HCl) водный раствор сероводорода при рН = 0,5. Он осаждает из водных растворов катионы данной группы в виде малорастворимых в воде сульфидов. Катионы IV группы разделяют на две подгруппы, исходя из растворимости сульфидов этих катионов в растворе сульфида натрия Na₂S или полисульфида аммония (NH₄)₂S_n, который представляет собой смесь сульфидов: (NH₄)₂S, (NH₄)₂S₂, (NH₄)₂S₃,…, (NH₄)₂S₉.

К первой подгруппе IV группы относят катионы Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺. При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов CuS, CdS, HgS, Bi₂S₃, которые нерастворимы в растворах сульфида натрия или полисульфида аммония.

Ко второй подгруппе IV группы относят катионы Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, As³⁺, As⁵⁺. При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов SnS, SnS₂, As₂S₃, As₂S₅, Sb₂S₃, Sb₂S₅, которые растворяются в водном растворе сульфида натрия (за исключением SnS) или полисульфида аммония с образованием тиосолей:

As₂S₃ + 3 (NH₄)₂S = 2 (NH₄)₃AsS₃;

As₂S₅ + 3 Na₂S = 2 Na₃AsS₄;

Sb₂S₃ + 3 Na₂S = 2 Na₃SbS₃;

Sb₂S₅ + 3 Na₂S = 2 Na₃SbS₄;

SnS₂ + Na₂S = Na₂SnS₃.

Тиосоли можно рассматривать в качестве аналогов солей соответствующих кислородсодержащих кислот, в которых все атомы кислорода замещены на атомы серы.

К V аналитической группе относят катионы Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺. Групповым реагентом на данную группу является раствор HCl, при действии которого катионы пятой группы осаждаются в виде осадков хлоридов AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂.

Аммиачно-фосфатная классификация катионов по группам

Аммиачно-фосфатная классификация катионов по аналитическим группам основана на использовании в качестве групповых реагентов двузамещенного ортофосфата аммония (NH₄)₂HPO₄ (а также двузамещенного ортофосфата натрия Na₂HPO₄) в аммиачной среде; азотной и хлороводородной кислот. В табл. 2.2 представлены катионы согласно данной классификации.

Таблица 2.2

Аммиачно-фосфатная классификация катионов

К I аналитической группе относят катионы Na⁺, K⁺, NH₄⁺. Групповой реагент на данную группу катионов отсутствует.

Ко II группе относят 11 катионов; их делят на две подгруппы. Первая подгруппа содержит катионы Li⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺. Во вторую подгруппу входят катионы Al³⁺, Cr³⁺, Bi³⁺, Fe³⁺. В качестве группового реагента на катионы второй группы применяют раствор двузамещенного ортофосфата аммония (NH₄)₂HPO₄ в 25 %-ном растворе аммиака. При действии группового реагента выпадают осадки ортофосфатов катионов первой подгруппы состава Li₃PO₄, NH₄MgPO₄, Ca₃PO₄, Sr₃(PO₄)₂, NH₄MnPO₄, Fe₃(PO₄)₂. Эти фосфаты растворимы в уксусной кислоте. При действии группового реагента на растворы катионов второй группы (второй подгруппы) выпадают осадки ортофосфатов трехвалентных катионов этой подгруппы состава AlPO₄, BiPO₄, CrPO₄, FePO₄. Данные осадки нерастворимы в уксусной кислоте.

К III аналитической группе относят катионы Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺. Групповой реагент – водный раствор (NH₄)₂HPO₄ (или Na₂HPO₄). При действии группового реагента на данные катионы выпадают осадки фосфатов, которые растворимы в 25 %-ном водном растворе аммиака. При растворении в аммиаке образуются аммиачные комплексы состава [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Cd(NH₃)₄]²⁺, [Hg(NH₃)₄]²⁺, [Co(NH₃)₆]²⁺, [Ni(NH₃)₆]²⁺. В некоторых случаях в качестве группового реагента на катионы III группы используют водный раствор аммиака (25 %), имея в виду при этом, что осадки гидроксидов или фосфатов катионов этой группы (в отличие от фосфатов катионов II группы) после их выпадения растворяются в концентрированном водном растворе аммиака.

К IV аналитической группе относят катионы Sn²⁺, Sn⁴⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, As³⁺, As⁵⁺, которые условно называют катионами, хотя в растворах они находятся в анионной форме (AsO₃³⁻, AsO₄³⁻ и т.д.). Групповой реагент – концентрированный раствор азотной кислоты HNO₃. При нагревании с азотной кислотой Sn²⁺, Sb³⁺, As³⁺ окисляются до высших степеней окисления: Sn⁴⁺, Sb⁵⁺, Аs⁵⁺.

К V аналитической группе относят катионы Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺. Групповой реагент – раствор HCl. При действии группового реагента катионы данной группы выпадают в осадок в виде хлоридов AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂.