8.2. Аналитические реакции и их характеристика

Для определения ионов используют реакции, которые сопровождаются определенным внешним эффектом (см. п. 8.1). Такие реакции называют аналитическими, или качественными.

Вещества, с помощью которых обнаруживают ионы, называют реактивами. Реакции, характерные для определенного иона, называются индивидуальными. Например, калий гексаціаноферат(ІІ) К₄[Fe(CN)₆] является реактивом на катион Fe³⁺, эта реакция описывается уравнением

Fe³⁺ + К⁺ + [Fe(CN)₆]^4- = KFe[Fe(CN)₆]↓,

Она является индивидуальной реакцией на катион Fe³⁺.

Реакции, аналитический эффект которых характерен только для определенного иона, называют специфическими. Например, реакция определения катионов аммония NH₄⁺ с помощью раствора щелочи является специфической, поскольку ее проведению не мешают другие ионы. Таких реакций в качественном анализе известно немного. Поэтому в ходе анализа предусматривают предварительное выделение или связывание посторонних ионов. Специфичные реакции проводят в определенных условиях.

Селективные, реакции проводят с несколькими веществами или ионами. Например, калий йодид реагирует с ионами Pb²⁺ , Ag⁺, Hg²⁺ (из второй аналитической группы катионов), а также с ионами Cu²⁺ , Нg²⁺, которые принадлежат к шестой аналитической группе катионов. Селективность аналитической реакции тем выше, чем с меньшим количеством ионов реагирует аналитический реактив.

Реакции, которые сопровождаются одинаковым аналитическим эффектом для целой группы ионов, называют групповыми реакциями, а реактив на такую группу ионов — групповым реактивом. Например, хлоридная кислота является групповым реактивом на катионы Pb²⁺, Ag⁺ , Hg²⁺, поскольку при этом образовываются белые труднорастворимые осадки хлоридов.

Важной характеристикой качественных реакций является их чувствительность. Количественно чувствительность реакции характеризуется открываемым (определяемым) минимумом и предельным разбавлением. Эти два показателя взаимосвязаны. Наименьшее количество вещества или ионов, которую можно обнаружить с помощью той или другой реакции при определенных условиях, называют открываемым минимумом. Эта величина является очень малой, ее выражают в микрограммах (мкг), т.е. в миллионных частицах грамма, и обозначают греческой буквой γ (1γ= 10^-6 г = 10^-3 мг). Например, открываемый минимум аналитической реакции на ионы К⁺ с помощью натрий кобальтнитрита Na₃[Co(NО₂)₆] составляет 4 мкг, т.е. ионы К⁺ можно определить с помощью этого реактива, если во взятом для анализе растворе будет содержаться не менее чем 4 мкг ионов Калия. Если обнаруживать ионы Калия с помощью раствора тартратной (винной) кислоты, то в исследуемом растворе их должны быть в 12,5 раза больше, поскольку открываемый минимум для этой реакции составляет 50 мкг. Таким образом, реакция обнаружения ионов К⁺ с помощью натрий кобальтинитрита значительно более чувствительна.

Чувствительность аналитической реакции нельзя характеризовать лишь абсолютным количеством вещества, поскольку имеет значение и концентрация вещества в растворе. Наименьшую концентрацию вещества, за которого определенная реакция еще дает положительный результат, называют минимальной, или предельной концентрацией. Количественно предельную концентрацию выражают отношением единицы массы вещества или ионов к объему растворителя. Например, определить катионы К⁺ по реакции с тартратной кислотой можно при предельном разбавления 1:1000. Это означает, что в разбавленном растворе содержит 1 г ионов К⁺ в 1000 см³ растворителя, эти ионы еще можно определить в одной капле исследуемого раствора. А чувствительность реакции ионов Калия с кобальтинитритом характеризуется предельным разбавлением 1:50000, т.е. при наличии в исследуемом растворе не менее чем 1 г ионов Калия в 50 000 см³ воды реакция с этим реактивом будет положительной.

Выполнение индивидуальных аналитических реакций нуждается в определенных условиях их проведения: концентрации реагирующих веществ, рН среды, температуры и т.п..

Чем более чувствительной является реакция, тем меньшим является открываемый минимум вещества. Если реакция малочувствительна, выполнять ее нужно только в концентрированных растворов. Например, определение ионов Натрия с помощью реактива KH₂SbО₄ проводят из растворов, концентрация которых не менее чем 0,5М.

Для многих качественных реакций имеет значение и количество добавленного реактива. Преимущественно реактив добавляют в избытке, но не большом, чтобы образованный осадок не растворился. Например, в процессе выявления ионов Hg²⁺ калий йодидом сначала образовывается красный осадок HgI₂, который в избытке реактива растворяется, образовывая комплексное соединение K₂[Hg₄].

Качественные реакции в растворах можно выполнять дробным и систематическим методами анализа.

Дробный метод анализа основан на определении ионов с помощью характерных реакций при условии, что все другие ионы, которые мешают определению удалены. В сложной смеси тяжело удалить все ионы мешающие определению определяемого иона. По этой причине дробный анализ имеет ограниченное применение. Для анализа сложного образца или смеси, состав которой неизвестен, применяют систематический метод анализа. В основу этого метода положена классификацию катионов и анионов на аналитические группы.