Качественный анализ: катионы

Министерство  сельского хозяйства РФ

ФГБОУ ВПО

УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  АКАДЕМИЯ                            ВЕТЕРИРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

 

 

                                     Кафедра  общей химии и экологического мониторинга

 

  Реферат по дисциплине "Аналитическая     химия" на тему: Качественный анализ: катионы.

 

 

 

 

Реферат выполнил студент 1 курса

факультета  Ветеринарной медицины

Буторин Дмитрий

 

Реферат проверен

доцентом кафедры общей химии и экологического мониторинга

к.б.н.  Шарифьянова  В.Р.

 

 

 

 

 

Троицк 2012

КАЧЕСТВЕННЫЙ  АНАЛИЗ , идентификация (обнаружение) компонентов анализируемых в-в и приблизительная количеств, оценка их содержания в в-вах и материалах. В качестве компонентов м. б. атомы и ионы, изотопы элементов и отдельные нуклиды, молекулы, функц. группы и радикалы, фазы (см. Элементный анализ , Изотопный анализ . Молекулярный анализ . Органических веществ анализ , Фазовый анализ ). Первоначально К. а. возник как вид органолептич. восприятия продуктов потребления и произ-ва для оценки их качества. В первую очередь это относилось к лек. в-вам, для анализа к-рых был разработан т. наз. мокрый путь, т. е. анализ жидкостей и р-ров. С переходом к произ-ву и применению металлов возник пробирный анализ , первоначально как К. а. для определения подлинности благородных металлов. В дальнейшем он стал методом приближенного количеств, анализа. Одновременно развивались разл. варианты пирохим. К. а. для определения цветных металлов, железа, а также для анализа содержащих металлы минералов и руд. Качеств. аналит. сигналом при этом служили внеш. вид королька восстановленного металла, окраска конденсатов выделяющихся летучих продуктов, образование характерно окрашенных стекол ("перлов") при сплавлении анализируемых в-в с содой, бурой или селитрой. В основу анализа орг. соед. еще А. Лавуазье положил процессы сожжения с образованием СО2 и Н2О. Далее этот метод был развит др. учеными на основе тех же пирохим. процессов и газового анализа, причем К. а. тесно слился с количественным. После открытия изомерии в К. а. было включено изучение хим. структуры орг. соединений. Классический орг. анализ - родоначальник микрохим. методов анализа и автоматич. анализаторов. Параллельно с хим. методами К. а. развивались и чисто физические - от метода установления хим. состава бинарного сплава путем измерения уд. веса (метод Архимеда) до спектроскопии, измерения эдс, поверхностного натяжения р-ров и т. д. С сер. 20 в. значение физ. методов К. а. неизмеримо возросло. Качеств. и количеств, анализы развивались в тесном взаимод., т. к. только при уточнении количеств. данных возможна полная расшифровка качеств. компонентного состава в-ва, а на основе данных К. а. - совершенствование количеств. анализа. При этом К. а. строится на основе возрастающей дифференциации св-в компонентов, а количественный - на возможности воспринимать и дифференцировать аналит. сигналы миним. интенсивности. Хим. методы элементного анализа неорг. соединений. Основаны на ионных р-циях и позволяют обнаруживать элементы в форме катионов и анионов. Для К. а. катионов используют разл. схемы систематич. анализа с последоват. разделением катионов на группы и подгруппы, внутри к-рых возможна идентификация отдельных элементов. Аналит. группы обычно именуют по групповому реагенту.  
1. Группа соляной к-ты; в нее входят Ag, Hg(I), Pb, Tl(I), к-рые образуют хлориды, малорастворимые в воде и кислых р-рах, а также W, Nb, Та, образующие в этих же условиях малорастворимые гидраты оксидов.  

КС1 + Н2С4Н40„ = KHC4H4OeJ + HCI, К+ + н4с4о^ = КНС4Н4Ов|.

Na3[Co(N02)e] + 2КС1 = K2Na[Co(N02)eH + 2NaCl, 2К+ + Na+ + [Co(N02)e]3- = K2Na[Co(N02)e]|

2КС1 + Na2PbCu(N02)6 = K2PbCu(N02)e + 2NaCl.

2.Группа  гидразина; в нее входят Pd, Pt, Au, Se, Те, к-рые восстанавливаются в  кислом р-ре; при отсутствии благородных металлов эта группа опускается, a Se и Те переходят в следующую.

ВаС12 + (NH4)2C03 = ВаС03| + NH4C1,

Ba2+-f С01" = ВаС08|.

ВаС12 + К2Сг04 = BaCrOJ + 2КС1, Ва2+ + СгО|- = ВаСЮ4{.

ЕаС12 + H2S04 = BaSQjj + 2НС1, Ba2+ + SO!- = BaS04j.

3. Группа  сероводорода. Подразделяют на три  подгруппы: а) меди - Сu, Pb, Hg(II), Bi, Cd; образуют сульфиды, нерастворимые  в полисульфиде аммония (NH4)2Sn; б) мышьяка - As, Sb, Sn; образуют тиосоли,  р-римые в (NH4)2Sn; в) более редких  элементов - Ge, Se, Те, Mo; образуют сульфиды, р-римые в (МН4)2Sn:

FeS04 + (NH4)2S = FeS| + (NH4)2S04, Fe2+ + S2" = FeSj.

FeS04 + 2КОН = Fe(OH)2J + K2S04, Fe2+ + 2GH- = Fe(OH)„|.

FeS04 + 2K3[Fe(CN)e] = Fe3[Fe(CN)„U + 3K2S04, 3Fe2+ + 2[Fe(CN)e]3- = Fe3[Fe(CN)3]2.

     4. Группа (NH4)2S - уротропина, элементы к-рой образуют сульфиды или гидроксиды, малорастворимые в аммиачном р-ре (NH4)2S. Подразделяют условно на три подгруппы: а) элементы со степенью окисления +2-Со, Ni, Mn, Zn; б) элементы со степенью окисления + 3 - Fe, A1, Сr; в) др. элементы - Be, Ga, In, Sc, Y, La, Th, U, Ti, Zr, Hf, Nb, Та (при наличии катионов этой подгруппы предварительно отделяют элементы с высокими степенями окисления обработкой уротропином в слабокислой среде). К этой группе относят также V, W, образующие первоначально р-римые тиосоли, разрушающиеся при подкислении.

Hg(N03)2 + H2S = HgS J + 2HN03, + S2- = HgSj.

Hg(N03)2 + 2КОН = HgOj + НаО -f- 2KN03, Hg2+ + ЗОН" = HgOj + H20.

Hg(N03)2 + 2KI = HgL,} + 2KN03, Hg2+ + 2I- = HgI2{.

 
5. Группа (NH4)2CO3; в нее входят Са, Sr, Ba, к-рые образуют карбонаты, малорастворимые в аммиачной среде, и не образуют осадков с описанными групповыми реагентами.  

Pb(N03)2 + 2НС1 = РЬСУ + 2HN03, Р1)2++ 2СГ = РЬС12|.

Pb(NOs)a + 2КОН = Pb(OH)2| + 2KN03, РЬ2+ + 20H- = Pb(OH)2 j.

Pb(N03)2 + 2KI = РЫ2| + 2KN03, РЬ2+ + 2Г = РЫ2|.

 В учебных курсах нумерацию групп часто обращают, начиная ее с группы р-римых соединений. Недостатки описанной схемы: плохое отделение Zn2+ от Cd2+, неточное разделение Sn2+, Рb2+, соосаждение нек-рых сульфидов четвертой группы (Fe и Zn) с CuS, окисление сульфидов в р-римые сульфаты и др., а также высокая токсичность H2S. Имеются бессероводородные методы систематич. К. а. К ним относятся методы с применением заменителей H2S, дающих ион S2- в водных р-рах (тиомочевина, тиоацетамид, тиосульфат), и наиб, распространенные методы без иона S2-: кислотно-щелочной, аммиачно-фосфатный, гидразин-гидроксиламиновый, фторидно-бензоатный и др. Напр., в кислотно-щелочном методе катионы разделяют на группы малорастворимых хлоридов или сульфатов, амфотерных гидроксидов, нерастворимых в щелочах гидроксидов, амминокомплексов, растворимых в воде солей. Полные схемы систематич. К. а. осуществляются редко. Обычно их используют частично в соответствии с конкретным набором ионов, для разделения ионов металлов в количеств. анализе, а также в учебных курсах аналит. химии. К. а. смесей неметаллов (исключая анализ орг. в-в) осуществляют путем идентификации анионов в водных и водно-орг. средах. Анионы не имеют общеустановленного разделения на группы, число к-рых значительно варьирует в разных схемах анализа. Обычно анионы классифицируют по признаку растворимости солей (табл. 1) и по признаку окислит.-восстановит. активности (табл. 2). Групповые реагенты в анализе анионов служат только для их обнаружения (в отличие от катионов, где такие реактивы служат и для разделения). Для отделения катионов, мешающих обнаружению анионов, анализируемый р-р предварительно обрабатывают 1 М р-ром соды для осаждения карбонатов, гидроксокарбонатов и гидроксидов тяжелых металлов (на карбонат-ион, возможно имеющийся в пробе, проводят предварит. испытание). При наличии в анализируемом в-ве ионов, для к-рых существуют селективные реагенты, их обнаружение проводят из исходного р-ра с помощью характерных индивидуальных р-ций (дробный метод). При этом обычно сначала изолируют мешающие компоненты осаждением или маскированием, а затем специфич. р-цией идентифицируют искомый ион. Основой для создания дробного анализа послужило получение большого набора реагентов органических на ионы неорг. в-в, а также разработка техники капельного анализа . Разработан дробный метод полного К. а. катионов и анионов. Техника проведения К. а. развивается в направлении отказа от макрометодов и перехода к полумикро- (100-10 мг), микро- (10-0,1 мг) и ультрамикрометодам (менее 0,1 мг). Полумикроанализ широко применяют в учебной работе; микро- и ультрамикроанализ - при исследовании биол. объектов, а также в электронной технике, особенно полупроводниковой, и радиохимии. Количеств, характеристика методик К. а. - предел обнаружения, т.е. миним. кол-во искомого компонента (в мкг или нг), к-рое м. б. надежно идентифицировано: для р-ров используется величина предельной концентрации Сx, min или обратная ей величина предельного разбавления Dх (предельный объем р-ра, к-рый приходится на 1 мкг определяемого компонента). Предел обнаружения и Сх, min связаны друг с другом выражением: Иногда пользуются величиной pDx=-lgDx; для большинства микрохим. р-ций К. a. pDx = 4-6. Хим. методы К. а. орг. соединений. В составе орг. сосд. обычно идентифицируют С, Н, О, N, S, Р, галогены и др. Углерод - по СО2, образующемуся после сжигания пробы в раскаленной трубке в присут. СuО; водород - по Н2О, конденсирующейся на холодных участках трубки, или по H2S, к-рый образуется после прокаливания пробы с безводными Na2SO3 и Na,S2O3 и обнаруживается бумагой, пропитанной р-ром (СН3СОО)2Рb или нитропруссида натрия. Азот, серу и галогены определяют после разложения в-ва расплавленным К или Na в открытых или запаянных стеклянных трубках по качеств, р-циям в р-ре на образующиеся KCN (или NaCN), сульфиды, тиоцианаты, цианаты и галогениды; одновременно определяют наличие углерода по остатку на фильтре. Кислород обычно идентифицируют по функц. группам (карбонильной, альдегидной и др.); для прямого обнаружения пробу нагревают в токе N2 или Н2 в присут. платинового катализатора и идентифицируют по СО2 и Н2О. Фосфор обнаруживают по р-ции с (МН4)2МоО4, а мышьяк-по р-ции с H2S после оглавления исследуемого в-ва с содой или селитрой и обработки остатка НСl. Металлы идентифицируют в зольном остатке после сожжения пробы. Ряд специфич. и чувствительных р-ций для элементного анализа орг. соед. предложен в системе капельного анализа с помощью цветных р-ций. Приборами для одновременного качеств, и количеств, элементного анализа служат автоматич. анализаторы типов CHN, CHNS, ClBrICHNS, к-рые снабжены специфич. сорбционными или серийными хроматографич. устройствами для разделения продуктов разложения и детекторами для их идентификации. Важный метод исследования орг. соед.-функциональный К. а., т. е. обнаружение атомов или групп атомов, определяющих строение данного класса орг. соед. и их конкретные св-ва. Хим. методы К. а. имеют практич. значение при необходимости обнаружения только неск. элементов. Для многоэлементного К. а. применяют физ.-хим. методы, такие как хроматография, электрохим. методы, в осн. полярография, и др. и физические методы, напр, атомно-эмиссионную спектрометрию (см. Спектральный анализ )(предел обнаружения 1 мкг на 1 г твердой пробы или 1 мл р-ра), атомно-абсорбционный анализ (предел обнаружения порядка пикограммов), рентгеноэмиссионный и рентгенофлуоресцентный анализ (см. Рентгеновская спектроскопия )(миним. анализируемый объем 1 мкм3, предел обнаружения 10-2-10-3% по массе). Молекулярный и функциональный К. а. проводят с помощью инфракрасной спектроскопии , комбинационного рассеяния спектроскопии , ядерного магнитного резонанса , электронного парамагнитного резонанса . Особое место в совр. К. а. занимает масс-спектрометрия и хромато-масс-спектрометрия (ниж. предел обнаружения - 10-7% по массе). В основе фазового К. а. лежат процессы выделения отдельных фаз из сплава или руды и установление их состава хим. или физ.-хим. методами. Наиб. значение имеет рентгеновский фазовый анализ и термогравиметрия (особенно при анализе минералов). К. а. и полуколич. анализ фаз в гетерофазной системе возможно также осуществить на шлифе образца посредством электронного микрозонда. Для анализа нуклидов используют активационный анализ . В совр. неорг. К. а. ведущая роль принадлежит физ. методам, к-рые позволяют решать задачи идентификации и установления строения хим. соед., определения их локализации в объекте, установления типа хим. связи между атомами и группами атомов; в орг. К. а. хим. и физ. методы используются комплексно.

 

Список  используемой литературы.

 

http://www.nashislova.ru/hie/page/kachestvennyiy_analiz.1936

http://505days.com/vvod/osnovnye-polozheniya-kachestvennogo-analiza/