Изучение мешающего влияния ионов

Цель работы: обнаружение ионов металлов в сухих веществах.

Химические реакции между твердыми веществами используются как метод химического анализа для определения состава различных руд и минералов. Если в исследуемой пробе анализируемый элемент присутствует в виде оксида, сульфида или карбоната, то перед проведением аналитических реакций их переводят в более реакционные соединения – хлориды или сульфаты. Для этого используют, например, хлорид аммония, который легко разлагается по реакции

NH₄Cl NH₃ + HCl

и заменяет соляную кислоту при взаимодействии с оксидами

Fe₂O₃ + 6 HCl = 2 FeCl₃ + 3 H₂O,

или гидросульфат калия KHSO₄, который реагирует, например, с карбонатом кальция с образованием растворимых сульфатов:

CuCO₃ + 2 KHSO₄ = CuSO₄ + K₂SO₄ + H₂O + CO₂

Скорость реакций между твердыми веществами существенно ниже, чем в растворах, поэтому ее необходимо увеличивать за счет:

- увеличения площади поверхности соприкосновения веществ путем растирания реакционной массы до порошкообразного состояния;

-постоянного перемешивания реакционной массы;

-использования малых количеств веществ (достаточно 1 мг);

- нагрева реакционной смеси (если реакция не идет при комнатной температуре).

Качественное распознание состава анализируемых веществ основано на получении окрашенных соединений элементов, входящих в его состав. При этом нередки случаи, когда несколько элементов, входящих в состав одного вещества, образуют окрашенные продукты с одним и тем же реагентом. Например, железо (III), кобальт (II) и медь (II) при взаимодействии с тиоцианатом аммония или с гексацианоферратом калия дают окрашенные роданидные комплексы.

Маскирующее действие сопутствующих элементов устраняется переводом их в неокрашенные соединения. Так, железо (III) способно образовывать прочные бесцветные фторидные комплексные соединения:

Fe³⁺ + 6F^- = [FeF₆]^3-.

Ионы меди (II) маскируют добавлением в исследуемую смесь тиомочевины (NH₂)₂CS (Thio), с которой ионы Cu²⁺ образуют прочный бесцветный комплексный ион [Cu(Thio)₄]²⁺:

Cu²⁺ + 4 (NH₂)₂CS = [Cu(Thio)₄]²⁺,

или путем восстановления до соединений меди (I) тиосульфатом натрия Na₂S₂O₃.

Однако, способность меди (II) восстанавливаться до меди (I) мешает определению свинца по реакции с KI. Ионы Cu²⁺ окисляют I^- до свободного йода, который окрашивает смесь в темно-желтый (до черного) цвет, на фоне которого невозможно наблюдать окраску иодида свинца. Для устранения окраски йода в реакционную смесь вводят тиосульфат натрия Na₂S₂O₃.

2 Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₈ + 2NaI.

В работе проводится изучение твердофазных химических реакций, позволяющих обнаружить присутствие катионов Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺ в их соединениях.

Для определения железа (III) используются реакции:

1) с гексацианоферратом (II) калия K₄[Fe(CN)₆], в результате которой образуется, окрашенное в ярко-синий цвет, комплексное соединение Fe₄[Fe(CN)₆]₃ – берлинская лазурь:

Fe³⁺ + [Fe(CN)₆]^4- = Fe₄[Fe(CN)₆]₃ ↓

2) с тиоцианатом аммония NH₄SCN, в результате которой при добавлении воды появляется кроваво-красная окраска роданидного комплекса железа (III):

Fe³⁺ + 6SCN^- = [Fe(SCN)₆]^3-.

О присутствии кобальта (II) судят по реакциям:

1) с тиоцианатом аммония NH₄SCN или с тиосульфатом натрия Na₂S₂O₃ по образованию комплексных ионов кобальта ярко-синего цвета:

Co²⁺ + 4SCN^- = [Co(SCN)₄]^2-,

Co²⁺ + S₂O₃^2- = [Co(S₂O₃)₂]^2-.

При добавлении воды эти комплексы легко разрушаются и превращаются в аквакомплекс [Co(H₂O)₆]²⁺ розового цвета;

2) с концентрированной соляной кислотой по образованию сине-фиолетового комплексного иона CoCl₄^2-:

Co²⁺ + 4Cl^- = CoCl₄^2-.

Присутствие никеля (II) подтверждается реакцией с диметилглиоксимом C₄H₈N₂O₂ (реакция Л.А. Чугаева) по образованию в щелочной среде диметилглиоксимата никеля (II) малиново-красного цвета:

2 C₄H₈N₂O₂ + Ni²⁺ + 2OH^- = C₈H₁₄N₄O₄Ni + H₂O.

Присутствие меди (II) может быть установлено по образованию красно-бурого комплексного соединения меди (II) Cu₂[Fe(CN)₆] при взаимодействии с гексацианоферратом (II) калия К₄[Fe(CN)₆];

2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4- = Cu₂[Fe(CN)₆] ↓

Свинец (II) можно обнаружить с помощью реакций:

1) с иодидом калия по образованию золотисто-желтого иодида свинца (II):

Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂ ↓

2) с комплексной солью олова (II) К₂[SnI₄] по образованию оранжево-красного комплексного соединения Pb[SnI₄]:

Pb²⁺ + [SnI₄]^2- = Pb[SnI₄].