5.3. Лабораторна робота № 3.

Реакції катіонів Ca²⁺, Ba²⁺ і Sr²⁺.

Водні розчини Ca²⁺, Ba²⁺ і Sr²⁺ безбарвні. Малорозчинні у воді карбонати, сульфати, фосфати й оксалати. Добре розчинні у воді - хлориди, нітрати, гідрокарбонати, сульфіди кальцію і барію.

Груповим реагентом за кислотно-лужною схемою аналізу на катіони Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺ є розведена сульфатна кислота, яка утворює з ними малорозчинні у воді і в розведених кислотах білі кристалічні осади сульфатів(ДР_BaSO4 = 1,1*10^-10, ДР_CaSO4 = 9,1*10^-6). Всі осади дуже дрібні, але при осаджені з гарячих розчинів утворюються більш крупнозернисті осади. Осад CaSO₄ утворюється лише з концентрованих розчинів. Осадження іону кальцію розведеною сульфатною кислотою неповне, тому осадження ведуть у присутності етилового спирту.

Груповим реагентом за сульфідною схемою аналізу на катіони Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺ є карбонат амонію (NH₄)₂CO₃, який з катіонами Ca²⁺, Ba²⁺ утворює білі аморфні осади карбонатів(ДР_BaCO3 = 4,0*10^-10, ДР_CaCO3 = 3,8*10^-9). Осад проводять у присутності NH₄OH і NH₄Cl (pH 9,25) з розчину, нагрітого до 70-80 °С.

Гідроксид амонію NH₄OH додають для уникнення гідролізу (NH₄)₂CO₃:

.

У присутності NH₄OH рівновага гідролізу зміщується у сторону утворення іонів , це необхідно тому, що карбонати кальцію і барію нерозчинені у воді, а бікарбонати - розчинені. Хлорид амонію додають, щоб запобігти випадання в осад катіона першої аналітичної групи Mg²⁺ у виді (MgOH)₂CO₃ і Mg(OH)₂ .

Нагрівання розчину до 70-60 °C сприяє перетворенню аморфного осаду карбонатів CaCO₃ і BaCO₃ у кристалічний.

5.3.1 Реакції катіону кальцію Ca²⁺.

5.3.1.1. З розчиненими сульфатами і сульфатною кислотою (високої концентрації) іони Са²⁺ утворюють білий кристалічний осад сульфату кальцію:

Виконання. а) До 2-3 краплин солі кальцію додати 4-5 краплин солі сульфатної кислоти, наприклад Na₂SO₄ або (NH₄)₂SO₄.

б) Мікрокристалоскопічна реакція з Na₂SO₄. До краплі розчину солі кальцію на предметному склі додати краплю 2н розчину Na₂SO₄ і упарити до виникнення облямівки кристалів по межі краплі. Розглянути під мікроскопом голчасті кристали гіпсу зібрані в пучки. Замалювати форму кристалів.

Примітка. З концентрованих розчинів можуть випадати більш великі кристали у виді пластинок характерної форми.

5.3.1.2. З карбонатом амонію (NH₄)₂CO₃ утворюється осад карбонату кальцію білого кольору:

.

Осад розчинений у кислотах:

Виконання. До 2-З крапель розчину солі кальцію (наприклад, ) додати по одній краплі розчинів NH₄OH і , підігріти розчин до 70-80 °С і додати 2-3 краплі розчину . Випробувати розчинність осаду, що утворився, у кислотах

5.3.1.3. З оксалатом амонію іони Са²⁺ утворюють білий аморфний осад оксалату кальцію:

,

який при нагріванні переходить у кристалічний. Осад розчиняється в не розчиняється в СН₃СООН. Цій найбільш важливій якісній реакції Са²⁺ заважає присутність іонів Ва²⁺, що дають з аналогічний осад, який однак розчиняється у СН₃СООН.

Виконання. К 1-2 краплям розчину солі Са²⁺ додати стільки ж оксалату амонію. Злегка підігріти розчин з осадом, що випав. Спостерігати швидке осадження оксалату кальцію. Випробувати розчинність осаду в кислотах HNO₃ і CH₃COOH.

5.3.1.4. З калій гексаціанофератом K₄[Fe(CN)₆] у присутності амонійних солей іон кальцію утворює кристалічний осад білого кольору:

CaCl₂ + K₄[Fe(CN)₆] + NH₄Cl KNH₄Ca[Fe(CN)₆] +3KCl.

Осад розчиняється в HNO₃ і не розчинений у СН₃СООН. Реакції заважають іони барію і магнію.

Виконання. У пробірку беруть 2 краплі розчину CaCl₂, додають 2 краплі водного розчину амоніаку NH₄ОН, 3 краплі розчину NH₄Cl, а потім 4-6 краплин розчину K₄[Fe(CN)₆]. При цьому утворюється осад(розчин мутніє). Перевіряють розчинність осаду у HNO₃ і у СН₃СООН.

5.3.2. Реакції катіону барію Ва²⁺.

5.3.2.1. З сульфатом натрію іони Ba²⁺ утворюють білий кристалічний осад сульфату барію, нерозчинний у кислотах:

.

Виконання. До 2-3 крапель розчину солі барію додати стільки ж розчину сульфатної кислоти або Na₂SO₄. Випробувати розчинність осаду в HNO₃.

5.3.2.2. З іони Ва²⁺ утворюють осад карбонату барію білого кольору:

.

Осад розчинений у кислотах.

Виконання. До 2-3 крапель розчину солі барію (наприклад, ) додати по одній краплі розчинів NH₄OH і , підігріти розчин до 70-60 °С і додати 2-3 краплі розчину . Випробувати розчинність осаду, що утворився, у HNO₃.

5.3.2.3 З біхроматом калію K₂Cr₂O₇ іони Ba²⁺ утворюють жовтий осад BaCrO₄, але не BaCr₂O₇, як можна було б очікувати. Причина полягає в наступному. У розчинах іони знаходяться у рівновазі з іонами :

.

При цьому концентрація виявляється достатньої, щоб при введенні Ba²⁺ було досягнуто раніш, ніж . Тому саме хромат барію випадає в осад:

.

Осад BaCrO₄ розчинений у сильних кислотах і нерозчинений в оцтовій кислоті. Оскільки в результаті реакції утворюється сильна кислота, осадження іонів Ba²⁺ не може бути повним. Для повного осадження іонів Ba²⁺ к розчину крім K₂Cr₂O₇ додають CH₃COONa при цьому сильна кислота замінюється слабкою - оцтовою, у якій осад BaCrO₄ нерозчинений:

.

Практично беруть деякий надлишок CH₃COONa, щоб з оцтовою кислотою він утворив ацетатну буферну суміш, що підтримує рН 5, при якому відбувається повне осадження BaCrO₄.

Виконання. До 2-3 крапель розчину солі Ba²⁺ додати 1-2 краплі розчину CH₃COONa і 2-3 краплі розчину K₂Cr₂O₇. Випробувати розчинність осаду в нітратній і в оцтовій кислотах.

5.3.2.4. З оксалатом амонію (NH₄)₂C₂O₄ іони Ba²⁺ утворюють білий осад оксалату барію:

.

Осад розчинений в HNO₃, а при нагріванні й у CH₃COOH.

Виконання. До 1-2 краплин розчину солі Ba²⁺ додати стільки ж оксалату амонію. Випробувати розчинність осаду у кислотах HNO₃ i CH₃COOH.