2014-02-02
23719
К четвертой группе катионов относятся ионы Аl3+, Cr3+, Zn2+.
Хорошо растворимы в воде сульфаты, нитраты, хлориды, бромиды и иодиды алюминия, цинка и хрома (III). Ионы Аl3+ и Zn2+ бесцветны, соединения хрома (III) окрашены в зеленый или фиолетовый цвет.
Гидроксиды катионов четвертой группы труднорастворимы и являются слабыми электролитами. Кроме того, они обладают амфотерными свойствами. Это свойство гидроксидов используется в систематическом ходе анализа.
Групповым реагентом является NaOH в избытке. Гидроксиды алюминия, хрома (III) и цинка растворяются в избытке щелочи и при действии группового реактива переходят в раствор в виде соединений Na[Al(OH)4], Na2[Zn(OH)4], Na3[Cr(OH)6].
Так как гидроксиды катионов четвертой аналитической группы являются очень слабыми основаниями, соли этих катионов в водных растворах гидролизованы. Соли очень слабых кислот, например сульфиды, карбонаты алюминия и хрома (III), подвергаются необратимому гидролизу и не могут существовать в водном растворе.
Ионы А13+, Сг3+ и Zn2+ обладают способностью к комплексообразованию.
|
|
|
Для соединений хрома (III) характерна склонность к окислительно-восстановительным реакциям, что используется при анализе. Одной из самых характерных реакций открытия катиона Сг3+ является окисление его до желтого иона СгО42-.
Соединения катионов четвертой группы входят в состав многих лекарственных препаратов. Гидроксид алюминия А1(ОН)3 обладает адсорбирующими свойствами и поэтому применяется как наружное средство в присыпках, а внутрь - при отравлениях. Его также применяют при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Квасцы KAl(SO4)2 применяют как кровоостанавливающее средство и для прижиганий. Сульфат цинка ZnSO4 применяют в виде глазных капель, а оксид цинка ZnO входит в состав многих мазей для лечения кожных заболеваний.
Частные реакции катионов четвертой аналитической группы
Реакции катиона хрома (III) Сг3+
1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH и КОН из раствора соли хрома (III) выделяют серо-зеленый аморфный осадок гидроксида хрома (III):
СгС13 + ЗКОН → Сг(ОН)з ↓ + ЗКС1
Сг3+ + ЗОН- → Сг(ОН)3↓
Осадок растворяется в разбавленных кислотах, а также в избытке растворов щелочей с образованием комплексного соединения:
Сг(ОН)3 + ЗКОН → Кз[Сг(ОН)6], что указывает на амфотерность гидроксида хрома (III).
2. Пероксид водорода Н2O2 в присутствии щелочи окисляет ион хрома Сг3+ в хромат-ион СгО42-. Реакция сопровождается характерным внешним признаком — изменением окраски раствора в ярко-желтую, обусловленную присутствием иона CrO42-
2СгС13 + ЗН2О2 + 10 NaOH → 2Na2CrO4 + 6NaCl + 8Н2О
2Сг3+ + ЗН2О2 + 10ОН- → 2СгО42-+ 8Н2О.
Если полученный раствор хромата подкислить разбавленной серной кислотой, то пероксид водорода окисляет хромат в надхромовую кислоту H2CrO6 синего цвета, легко переходящую в эфирный слой.
|
|
|
3. Окисление перманганатом калия. Перманганат калия в сернокислой среде при нагревании окисляет катион Сг3+ в дихроматион Сг2О72-.
Реакции катиона цинка Zn2+
1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH или КОН из раствора солей цинка выделяют белый студенистый осадок гидроксида цинка:
ZnCl2 + 2KOH → Zn(OH)2↓ + 2KC1
Zn2+ + 2ОН- → Zn(OH)2↓
Гидроксид цинка обладает амфотерными свойствами и поэтому растворяется в разбавленных кислотах и в избытке щелочей:
Zn(OH)2 + 2KOH → K2[Zn(OH)4].
2. Гексацианоферрат (III) калия Кз[Fе(СN)6] с солями цинка дает коричневато-желтый осадок гексациано-феррата (III) цинка:
3ZnCl2 + 2Кз[Fе(СN)6] → Zn3[Fe(CN)6]2↓+ 6KC1
3Zn2+ + 2[Fе(СN)6]3-→ Zn3[Fe(CN)6]2↓
Осадок растворяется в хлороводородной кислоте и растворе аммиака.
3. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6 ] реагирует с солями цинка с образованием белого осадка гексацианоферрата(П) цинка-калия:
3ZnCl2 + 2К4[Fе(СN)6] → K2Zn3[Fe(CN)6]2↓+ 6KC1
3Zn2+ +2K+ 2[Fе(СN)6]4- → K2Zn3[Fe(CN)6]2↓
Осадок нерастворим в разбавленной хлороводородной, растворяется в щелочах, поэтому реакцию нельзя проводить в щелочной среде.
Реакция является фармакопейной.
4. Сульфид натрия Na2S осаждает из нейтрального раствора ион цинка в виде белого аморфного сульфида цинка:
Zn2+ + S2- → ZnS↓
Осадок не растворяется в уксусной кислоте, но растворяется в минеральных кислотах. Реакция является фармакопейной.
5. Микрокристаллоскопическая реакция. Тетрароданохидраргират (II) аммония (NH4)2[Hg(SCN)4] образует в нейтральном или слабокислом растворе с ионами цинка бесцветные кристаллы в виде крестов или дендритов Если в растворе находилось большое количество минеральной кислоты, а солей цинка небольшое количество, то кристаллы выпадают в виде клиньев
ZnCl2+ (NH4)2[Hg(SCN)4] → Zn[Hg(SCN)4] + 2NH4Cl.
6. Образование «зелени Ринмана». Кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли цинка и раствором нитрата кобальта, высушивают и озоляют в фарфоровом тигле на газовой горелке. При сжигании дает золу, окрашенную в зеленый цвет цинкатом кобальта («зелень Ринмана»).
При этом происходит реакция:
Zn (NO3) 2+ Co (NО3)2 → CoZnO2 + 4NO2↑+ O2↑
Проведению реакции мешают ионы А13+и Сг3+.
Реакции катиона алюминия А13+
1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH или КОН с солями алюминия образуют белый осадок гидроксида алюминия:
Al3++ЗОН-→ А1(ОН)3↓
Вследствие амфотерного характера гидроксида алюминия осадок растворяется в разбавленных кислотах и в избытке щелочи:
А1(ОН)3 + КОН → К[А1(ОН)4].
2. Сухой хлорид аммония NH4CI выделяет из тетрагидроксоалюмината калия гидроксид алюминия:
К[А1(ОН)4] + NH4C1 → Аl(ОН)3↓ + КС1 + NH3↑+ Н2О
[А1 (ОН) 4]-+ NH4+ → Al (ОН) 3↓+ NH3↑+ Н2О
3. Ализарин (1,2-диоксиантрахннон) образует с гидроксидом алюминия ярко-красное соединение, так называемый алюминиевый лак. Это одна из наиболее чувствительных реакций на ион А13+. Ионы Сг3+ и Zn2+ мешают проведению этой реакции. Эту реакцию можно проводить полумикрометодом или капельным методом.
 |
Выполнение реакции. На лист фильтровальной бумаги наносят 1-2 капли раствора соли алюминия. Бумагу держат 1-2 минуты в парах аммония - над склянкой с концентрированным раствором аммиака. Пары аммиака, соприкасаясь с влажным пятном, образуют на бумаге гидроксид алюминия. На пятно наносят каплю ализарина и снова держат бумагу в парах аммиака. Пятно вначале окрасится в фиолетовый цвет. Бумагу подсушивают, наносят 1-2 капли уксусной кислоты и снова подсушивают. Пятно становится розово- красным.
