10. Основы качественного анализа неорганических ионов

Основной задачей качественного анализа является обнаружение веществ, на­ходящихся в исследуемом объекте (объекты окружающей среды, продукты пита­ния, лекарственные препараты, биологические материалы). В данном разделе рас­сматривается качественный анализ неорганических веществ, являющихся элек­тролитами. Поэтому задача качественного анализа сводится к обнаружению ка­тионов и анионов, входящих в состав вещества. Из множества химических реак­ций для обнаружения ионов используются те реакции, которые сопровождаются характерным внешним эффектом (выделение газа, образование осадка, окрашен­ного комплексного соединения и т.п.). Такие реакции называются аналитиче­скими. Реакции с внешним эффектом, характерные только для одного иона, назы­ваются специфическими. К сожалению, таких реакций очень мало. Как правило, химические реакции неспецифичны, и в лучшем случае селективные, то есть дают внешний эффект, характерный для нескольких ионов. Для обнаружения какого-либо иона на фоне других ионов необходимо маскирование или предварительное разделение. Аналитические реакции проводятся в строго определенных условиях, иначе может быть получен неверный результат. Основными условиями проведе­ния аналитических реакций являются реакция среды (рН), состав, температура и концентрация раствора, а также возможность протекания побочных процессов.

Одним из требований, которые предъявляются к аналитическим реакциям, яв­ляется высокая чувствительность, которую характеризуют открываемым миниму­мом и предельным разбавлением. Открываемый минимум – это наименьшая масса в микрограммах (мкг) вещества или иона, которую можно обнаружить данной ре­акцией. Предельное разбавление показывает, до какого максимального объема в литрах (л) можно разбавить раствор, содержащий 1 г открываемого вещества или иона при условии сохранения аналитического эффекта.

Существуют два принципиально разных подхода к качественному анализу: дробный и систематический. Систематический метод основан на том, что сначала с помощью групповых реагентов разделяют смесь ионов на группы и подгруппы, а затем в пределах этих подгрупп обнаруживают каждый ион характерными реак­циями. Существуют разные схемы систематического анализа: сероводородная, ки­слотно-основная, аммиачно-фосфатная. Деление ионов на группы зависит от на­бора выбранных групповых реагентов. Каждая схема имеет свою условную клас­сификацию.

Дробный метод анализа основан на том, что сначала дробными реакциями от­деляют какой либо ион от других ионов, находящихся с ним в растворе, а затем характерными реакциями обнаруживают данный ион. Поэтому обнаружение ио­нов проводят из отдельных порций раствора в любой последовательности, в отли­чие от систематического метода анализа.

В анализе анионов чаще всего используются два способа:

а) с использованием реакций осаждения;

б) с использованием окислительно-восстановительных реакций.

При протекании реакций осаждения выделяют:

а) анионы, образующие осадки с хлоридом бария в нейтральной среде: SO₄^2–, SO₃^2–, S₂O₃^2–,PO₄^3–,B₄O₇^2–, CO₃^2–.

б) анионы, образующие осадки с нитратом серебра в присутствии NO₃^–:Cl^–,Br^–,I^–,SCN^–,S^2–,S₂O₃^2–.

в) анионы, не образующие осадки с BaCl₂и AgNO₃:CH₃COO^–,NO₃^–,NO₂^–.

По возможности протекания окислительно-восстановительных реакций вы­деляют:

а) анионы-окислители, реагирующие в кислой среде с иодидом калия с обра­зованием иода: NO₃^– и NO₂^–.

б) анионы-восстановители, реагирующие с подкисленным раствором перман­ганата калия: SO₃^2–, S^2–,S₂O₃^2–,NO₂^–,SCN^–,Cl^–,Br^–,I^–.

в) анионы, не проявляющие окислительно-восстановительные свойства в водных растворах, то есть не вступающие в реакции ни с KMnO₄, ни с KI: CO₃^2–,PO₄^3-, SO₄^2–, B₄O₇^2–, CH₃COO^–.