К шестой аналитической группе катионов относят катионы Na+, K+ и NH4+. Группа не имеет группового реактива. Соответствующие первым двум катионам элементы Na и К находятся в главной подгруппе первой группы периодической системы Д. И. Менделеева и являются s-элементами. Общая электронная формула их внешнего энергетического уровня s1, таким образом, ионы Na+ и К+ имеют устойчивую 8-электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня.
Катион NH4+ – сложный ион, свойства его сходны со свойствами катиона К+, что объясняется одинаковым зарядом ионов и близким значением их ионных радиусов. Сходные свойства приводят к одинаковому действию некоторых реактивов на эти ионы.
Соединения катионов Na+, K+, NH4+, как правило, характеризуются хорошей растворимостью в воде и других полярных растворителях. Именно поэтому группа не имеет группового реактива. Только с крупными анионами катионы VI группы дают труднорастворимые соединения, например, КНС4Н4О6, (NH4)2Na[Co(NO2)6], NaH2SbО4. Поэтому реактивы, содержащие подобные анионы, служат для обнаружения катионов VI группы.
|
|
Катионы Na+, K+, NH4+ бесцветны. Окраска их соединений определяется только окраской аниона. Например, ион СrО42– желтого цвета и хроматнатрия Na2CrО4 желтого цвета; ионMnO4– фиолетового цвета и перманганат калия КМnО4 фиолетового цвета.
Ионы Na+ и К+ гидролизу не подвергаются, поэтому соли этих катионов и сильных кислот имеют нейтральную реакцию раствора, а соли слабых кислот – щелочную. Катион NH4+ гидролизуется:
NH4+ + H2O → NH4OH + H+.
Следовательно, его соли, образованные сильными кислотами, имеют кислую реакцию раствора, а соли слабых кислот – нейтральную, слабокислую или слабощелочную в зависимости от константы диссоциации слабой кислоты.
Катионы VI группы не проявляют способности к комплексообразованию, но могут входить во внешнюю сферу комплексных соединений.
Ионы Na+ и К+ имеют постоянную, устойчивую степень окисления и не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Катион NH4+ может быть окислен только очень сильными окислителями (хлорная вода, царская водка и другие) до свободного азота. Характерными реакциями этих ионов являются реакции обмена.
Соединения катионов VI группы склонны к образованию пересыщенных растворов, поэтому при выполнении аналитических реакций, сопровождающихся образованием осадков, требуется тщательное перемешивание реакционной смеси. Как правило, осадки медленно кристаллизуются и имеют характерную форму кристаллов, что позволяет открывать эти ионы микрокристаллоскопическими реакциями. Для обнаружения катионов Na+ и К+ широко используют метод окрашивания пламени.
|
|
Частные аналитические реакции ионов K+
1.7.1. Гексанитрокобальтат (III) натрия Na3[Co(NO2)6] дает с катионом К+ желтый кристаллический осадок K2Na [Co(NO2)6]:
2КС1 + Na3[Co(NO2)6] →K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaCl,
2K+ + Na+ + Co(NO2)63– → K2Na[Co(NO2)6]↓.
Выполнение реакции. В пробирку налить 1–2 капли раствора соли калия, прибавить 2 М СН3СООН до рН = 5, затем добавить 2-3 капли раствора гексанитрокобальтата натрия. Появление желтого осадка говорит о наличии ионов калия. Обнаружению мешает ион аммония. Если осадок не выпадает, потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки. Убедиться в том, что осадок кристаллический.
Реактив должен быть свежеприготовленным, так как при стоянии он разлагается с образованием иона Со2+, при этом окраска раствора становится розовой.
1.7.2. Окрашивание пламени. Ионы К+ окрашивают пламя в бледно-фиолетовый цвет.
Выполнение реакции. Платиновую или нихромовую проволочку тщательно очистить, для чего смочить ее в растворе НС1 и прокалить в пламени горелки до полного исчезновения окраски пламени. Ушком раскаленной проволочки прикоснуться к кристаллам соли калия и внести ее в пламя горелки. Фиолетовое окрашивание пламени лучше наблюдать через синее стекло.
Частные аналитические реакции ионов Na+
1.7.3. Дигидроантимонат (V) калия KН2SbO4 образует скатионом Na+ белый кристаллический осадок NaН2SbO4:
NaCl + KН2SbO4 → NaН2SbO4↓ + KCl,
Na+ + Н2SbO4– → NaН2SbO4↓.
Выполнение реакции. В пробирку налить 2–3 капли раствора соли NaCl, прибавить равный объем реактива, перемешать стеклянной палочкой и, если осадок не выпадает, потереть ею о стенки пробирки и охладить. Убедиться в том, что осадок кристаллический. При проведении реакции рН = 7.
1.7.4. Окрашивание пламени. Соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет. Окраска устойчивая, не исчезает в течение нескольких секунд. Реакция очень чувствительная. Вывод о присутствии натрия надо делать с большой осторожностью, только при очень яркой окраске пламени.
Частные аналитические реакции ионов NH4+
1.7.5. Едкие щелочи NaOH, КОН при нагревании разлагают соли и гидроксид аммония с выделением газообразного аммиака:
NH4Cl + NaOH → NH3↑ + Н2О + NaCl,
NH4+ + OH– →NH3↑ + H2O.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 2–3 капли раствора соли аммония, прибавить 1–2 капли раствора щелочи, нагреть. Выделение аммиака обнаружить по характерному запаху или по изменению окраски влажной индикаторной бумаги, поднесенной к отверстию пробирки. Выделившийся аммиак взаимодействует с водой индикаторной бумаги, образуя гидроксид аммония NH4OH:
NH3 + H2O →NH4OH → NH4+ + OH–.
Поэтому красная лакмусовая бумага синеет, а бесцветная фенолфталеиновая бумага окрашивается в малиновый цвет.
1.7.6. Реактив Несслера K2[HgI4] +KOH образует с катионом NH4+ бурый аморфный осадок иодида оксодигидраргирата (II) аммония [NH2Hg2O]I:
NH4C1 + 2K2[HgI4] + 4КОН → [NH2Hg2O]I↓ + 7KI + КС1 + ЗН2О,
NH4++ 2HgI42– + 4OH– →[NH2Hg2O]I↓ + 7I– + ЗН2О.
Выполнение реакции. К 2-3 каплям анализируемого раствора добавляют 4-5 капель концентрированного NaOH или КОН, выпавшие гидроокиси тяжелых металлов центрифугируют. К центрифугату добавляют 6-8 капель реактива Несслера (необходим избыток). В присутствии катионов NH4+ выпадает красно-бурый осадок.
1.7.7. Отделение иона аммония. Ион NH4+ мешает обнаружению ионов Na+ и К+, поэтому его необходимо удалить из раствора перед обнаружением этих ионов. Для удаления иона аммония обычно используют летучесть его солей при нагревании.
Выполнение реакций. В пробирку помещают 6-8 капель раствора, содержащего соль аммония, добавляют одну каплю фенолфталеина и Na2CO3 (сухую соль) или концентрированный раствор NaOH до ярко малиновой окраски (рН = 10). Содержимое пробирки нагревают, прозрачный центрифугат переносят в фарфоровую чашку, выпаривают досуха до исчезновения белого дыма. Сухой остаток растворяют в 3-4 каплях дистиллированной воды и в 1 капле раствора проверяют полноту удаления иона аммония реактивом Несслера. Если NH4+ полностью не удален, операцию повторяют до полного удаления иона аммония из раствора.
|
|
Контрольные вопросы
1. Чем отличается VI аналитическая группа катионов от других групп кислотно-основной классификации?
2. Можно ли обнаружить катион К+ в присутствии катиона NH4+?
3. Можно ли обнаружить катион Na+ в присутствии катиона NH4+?
4. Какая из реакций обнаружения катиона NH4+ является специфической?
5. Почему при обнаружении катиона NH4+ щелочами необходимо нагревание и смачивание индикаторной бумаги?
6. Какие реактивы используют для обнаружения катиона К+?
7. Почему анализ смеси катионов VI группы начинают с обнаружения катиона NH4+?
8. Как можно удалить катион NH4+ из анализируемого раствора?
9. Как проверить полноту удаления иона NH4+?