Характеристика реакций

Чувствительность реакции характеризуется взаимосвязанными показателями:

- открываемый минимум (m) – наименьшая масса вещества (в мкг), которая может быть обнаружена посредством данной реакции. Аналитическим целям удовлетворяют реакции, для которых m < 50 мкг;

- минимальная (предельная) концентрация (1:q) – характеризует минимальную концентрацию C_min, при которой обнаружение вещества возможно в небольшом (одной капле) объеме раствора; q – объем раствора (мл), в котором содержится 1 грамм вещества;

- предельное разбавление (q) − величина, обратная концентрации; аналитическим целям удовлетворяют реакции, эффективные при разбавлении более 1000.

Если минимальный объем, требуемый для обнаружения ионов V_min (мл), то

.

Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем меньше открываемый минимум и предельная концентрация и чем больше предельное разбавление.

Специфичность. Специфической реакцией на данный ион называется такая реакция, которая позволяет обнаружить его в условиях опыта в смеси с другими ионами. Например, реакция со щелочью является специфической для обнаружения NH₄⁺ в виде NH₃ по запаху.

Ионные уравнения

При анализе неорганических веществ в большинстве случаев имеют дело с водными растворами кислот, оснований, солей, являющихся электролитами. Поэтому «мокрыми» реакциями открывают ионы, а не элементы или вещества.

Все реакции в (водных) растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций − ионными уравнениями.

В этих уравнениях в молекулярной форме записываются вещества, которые:

- мало ионизируют (НОН),

- малорастворимы (выпадают в осадок, BaSO₄↓),

- являются газами (CO₂↑),

- являются простыми веществами (О₂).

Например:

1. NaOH + HCl → NaCl + HOH – уравнение в молекулярной форме;

Na⁺ + OH^‾ + H⁺ + Cl^‾ → Na⁺ + Cl^‾ + HOH – уравнение в ионной форме, полное ионное уравнение;

OH ^‾ + H⁺ → HOH – сокращенное ионное уравнение.

2. BaCl₂ + K₂SO₄ → 2KCl + BaSO₄↓;

Ba²⁺ + 2Cl^‾ + 2K⁺ + SO₄^2‾ → 2K⁺ + 2Cl^‾ + BaSO₄↓;

Ba²⁺ + SO₄^2‾ → BaSO₄↓ – сокращенное ионное уравнение.

Для обнаружения Cl^‾ используют раствор AgNO₃:

HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃

− образуется белый творожистый осадок. Данной реакцией открывают не элемент хлор вообще, а именно хлорид ион Cl^‾. Она неэффективна, если хлор присутствует в ином виде, например, NaClO₃ или CHCl₃. Также можно отметить, что реагентом является не AgNO₃, а именно Ag⁺, а суть реакции выражается сокращенным ионным уравнением:

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl.

Глава1.Качественный дробный и систематический анализы

Применяя специфические реакции можно обнаружить соответствующие ионы так называемым дробным методом, то есть непосредственно в отдельных порциях («раздробленного») исследуемого раствора, не учитывая возможное присутствие других ионов. При этом не имеет значения и порядок открытия ионов.

Если нет специфических реакций, то используют определенную последовательность реакций обнаружения отдельных ионов, представляющую систематический ход анализа. Он состоит в том, что к обнаружению каждого данного иона приступают лишь после того, как все другие ионы, мешающие его обнаружению, будут предварительно обнаружены и удалены из раствора.

Например, анализируемая смесь предположительно содержит Ca²⁺ и Ba²⁺, а нужно определить, есть ли Ca²⁺. Оба катиона образуют белые осадки с оксалат анионом (наиболее чувствительная реакция на кальций). Поэтому сначала выясняют, есть ли в растворе Ba²⁺, действуя хроматом калия, зная, что хромат кальция растворим:

Ba²⁺ + CrO₄²⁻ → BaCrO₄↓.

Если в отдельной порции раствора присутствие Ba²⁺ не подтвердилось, то открывают в другой порции Ca²⁺. Если Ba²⁺ присутствует, то его отделяют осаждением в виде желтого BaCrO₄ центрифугированием или фильтрованием, проверяя полноту осаждения добавлением к фильтрату капли реагента. Затем в фильтрате открывают Сa²⁺ добавлением (NH₄)₂C₂O₄. Образование белого осадка доказывает присутствие Ca²⁺.

Кроме осаждения для отделения используют выпаривание и экстракцию органическими растворителями.

При систематическом ходе анализа ионы выделяют из сложной смеси не по одиночке, а целыми группами, пользуясь одинаковым отношением их к действию некоторых реагентов, называемых групповыми реагентами. Выделяемые группы ионов называют аналитическими группами. Групповой реагент должен удовлетворять следующим требованиям:

- практически полное осаждение (10^-6 М);

- осадок должен легко растворяться в кислотах;

- избыток реагента не должен мешать открытию оставшихся ионов.

Существуют различные системы анализа: сульфидная, кислотно-щелочная, фосфатная и т.д.

Систематический ход анализа смеси катионов I÷VI групп

Анализ смеси катионов I÷VI групп начинают с открытия дробным методом катионов: NH₄⁺, Na⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Сr³⁺, Sn²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺:

NH₄⁺ - нагреванием со щелочами,

Na⁺ - методом фотометрии пламени,

Fe²⁺ - в солянокислой среде реакцией с К₃[Fe (CN)₆],

Fe³⁺ - в солянокислой среде реакцией с К₄[Fe (CN)₆],

Cr³⁺ - реакцией окисления в кислой среде до Cr₂O₇²⁻ и пероксида хрома СrO₅ + амиловый спирт,

Sn²⁺ - реакцией с фосфоромолибдатом аммония (NH₄)₃[PMo₁₂ O₄₀],

Mn²⁺ - реакцией окисления висмутатом в кислой среде до МnO₄⁻,

Bi³⁺ и Sb³⁺ - гидролизом,

Со²⁺ - реакцией с роданидом аммония NH₄SCN + амиловый спирт,

Ni²⁺ - реакцией с диметилглиоксимом в присутствии NH₃+амиловый спирт,

Сu²⁺ - реакцией с К₄[Fe (CN)₆],

- реакцией с избытком концентрированного аммиака.

Таблица 1