Пятая аналитическая группа катионов

К пятой аналитической группе относятся катионы . В атомах элементов этой группы, таких, как марганец и железо, происходит достройка третьего электронного слоя от 8 до 18 электронов, сурьма и висмут имеют либо законченные 18-электронные внешние слои, либо оболочки, содержащие 18+2 электронов в двух наружных слоях.

Эти элементы, за исключением висмута и магния, имеют переменную степень окисления и обладают тенденцией к комплексообразованию. Гидроксиды катионов пятой группы, кроме сурьмы (III), не обладают амфотерностью и не образуют растворимых аминокомплексов. Они количественно осаждаются избытком гидроксидов и .

Групповой реагент - и . Гидроксиды этих элементов нерастворимы в растворах щелочей.

 

5.1 Частные реакции на катион Fe²⁺

 

Растворы солей железа (II) окрашены в бледно-зелёный цвет, разбавленные растворы бесцветны.

Гидроксиды , осаждают катионы в виде :

 

(белый осадок)

 

На воздухе в результате частичного окисления кислородом осадок приобретает серо-зелёный цвет:

 

Гексациано(III)феррат калия с даёт синий осадок гексациано(III)феррата железа (II), называемый «турнбулевой синью»:

 

 

Осадок нерастворим в кислотах, но разлагается щелочами с выделением гидроксидов . Предел обнаружения железа – 0,02 мкг. Реакция специфична.

Выполнение реакции: К 2-3 каплям слабокислого раствора, содержащего ионы железа (II), добавляют 1-2 капли раствора реагента. Образуется синий осадок. Реакция даёт хороший результат при pH=3. Свободные и вызывают разложение турнбулевой сини. Катионы и другие катионы V группы не мешают определению.

Диметилглиоксим ( реактив Чугаева) образует с катионом в аммиачных растворах устойчивое комплексное соединение красного цвета:

 

 

где диметилглиоксим.

Комплексное соединение с хорошо растворимо в воде. Предел обнаружения железа – 8 мкг. Мешают ионы никеля (II), образующие нерастворимый в воде диметилглиоксимат никеля красного цвета. Мешающее влияние железа (III), образующего в аммиачной среде окрашенный гидроксид, устраняют добавлением лимонной, щавелевой или винной кислоты.

Выполнение реакции: К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы железа (II), добавляют каплю 20%-ного раствора винной кислоты, 1 каплю диметилглиоксима и по каплям раствор аммиака до щелочной реакции (pH=9). Раствор окрашивается в красный цвет.

 

5.2 Частные реакции на катион Fe³⁺

 

Гидроксиды и образуют с ионами красно-бурый осадок , нерастворимый в избытке щелочей и солей аммония:

 

 

Гексациано(II)феррат калия образует с тёмно-синий осадок «берлинской лазури», аналогичный по составу «турнбулевой сини». Поскольку больше , сначала проходит окислительно-восстановительная реакция:

 

 

Далее продукты реакции взаимодействуют между собой с образованием темно-синего осадка «берлинской лазури»:

 

 

Различие в окраске и свойствах «берлинской лазури» и «турнбулевой сини» объясняется тем, что состав осадка не полностью соответствует написанной выше формуле. Осадок «берлинской лазури» растворяется в сильных кислотах и при добавлении избытка реагента. Предел обнаружения железа – 0,2 мкг. Мешают большие количества ионов металлов, которые дают окрашенные осадки с гесациано(II)ферратом калия. Мешают фториды и оксалаты, образующие устойчивые комплексы с .

Выполнение реакции: К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы и имеющего рН 1-3, добавляют каплю реагента. Наблюдают образование темно-синего осадка «берлинской лазури».

Роданид аммония с образует роданид железа кроваво -красного цвета:

 

Предел обнаружения железа – 0,5 мкг. Мешают фосфаты, арсенаты, оксалаты, тартраты, фториды, образующие с устойчивые комплексные соединения.

Выполнение реакции: К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы железа (III), добавляют каплю раствора . Появляется кроваво-красное окрашивание раствора. Добавляют несколько капель изоамилового спирта или эфира и встряхивают. Органическая фаза окрашивается в красный цвет.

5.3 Частные реакции на катион Mn²⁺

 

Гидроксиды калия и натрия ( и ) осаждают c образованием белого осадка, растворимого в кислотах, но нерастворимого в щелочах:

 

Окисление иона в анион . Эта реакция позволяет открыть ион в присутствии ионов всех аналитических групп. В качестве окислителей можно использовать оксид свинца, персульфат аммония и другие с редокс-потенциалом больше 1,51 В.

а) Окисление оксидом свинца ():

 

 

Условия реакции:

1. Реакция проводится при рН<2, при нагревании.

2. Хлорид марганца брать нельзя.

3. Анионы - восстановители мешают открытию ионов в виде , их следует предварительно удалить.

б) Окисление персульфатом аммония в присутствии (катализатор). Ионы серебра (I) окисляются персульфатом аммония до ионов серебра (II):

 

 

Далее ионы серебра (II) окисляют ионы марганца (II) до перманганат – иона, а ионы серебра при этом регенерируются:

 

 

Предел обнаружения марганца – 2 мкг. Мешают восстановители, в том числе хлорид - ион и большие количества .

Выполнение реакции: К 5 - 6 каплям раствора прибавляют каплю 2 М 1 – 2 капли концентрированной 1-2 капли раствора и нагревают. В нагретую окислительную смесь вносят при помощи стеклянной палочки минимальное количество раствора, содержащего ионы и не содержащего хлорид - ионов, перемешивают и наблюдают красно-фиолетовую окраску раствора.

 

5.4 Частные реакции на катион Bi³⁺

 

Хлорид олова (II) в щелочной среде восстанавливает висмут (III) до металлического висмута (осадок черного цвета):

 

 

Следует избегать прибавления концентрированной щелочи и нагревания, так как в этих условиях может выпасть чёрный осадок металлического олова вследствие разложения гидроксокомплексов олова (II):

 

 

Если же избыток щелочи слишком мал, при стоянии может образоваться чёрный осадок оксида олова. Предел обнаружения висмута – 20 мкг.

Выполнение реакции: К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы олова (II), прибавляют по каплям 30%-ный раствор до образования осадка гидроксида олова (II) и последующего его растворения. К полученному раствору добавляют каплю раствора нитрата висмута. Образуется чёрный осадок.

Иодид калия образует с ионами висмута (III) в кислой среде комплексные соединения состава , где =1-6; - осадок чёрного цвета, растворимый в избытке :

 

При сильном разбавлении раствора, содержащего , получается оранжевый осадок соли :

 

Предел обнаружения висмута – 0,5 мкг.

8-Оксихинолин с комплексным ионом образует нерастворимое в воде оранжево-красное соединение . В растворе должны отсутствовать осаждающие , а также окислители, окисляющие до , в частности и . Мешающее влияние окислителей устраняют, прибавляя или . Реакцию можно выполнить капельным методом. Предел обнаружения висмута – 1 мкг.

Выполнение реакции:

1) К 3-5 каплям раствора, содержащего ионы висмута (III), добавляют по каплям раствор . Наблюдают образование осадка и его растворение в избытке , при этом раствор окрашивается в оранжевый цвет.

2) Полоску фильтровальной бумаги смачивают раствором , после чего наносят каплю раствора, содержащего ионы висмута, каплю раствора реагента (смесь 8-оксихинолина и в массовых соотношениях 1:1). Образование оранжево-красного пятна указывает на присутствие висмута.

Дитизон в интервале рН 3 – 10 образует с ионами висмута (III) внутрикомплексное соединение. Дитизонаты висмута хорошо растворяются в и , растворы окрашены в оранжевый цвет. Предел обнаружения висмута – 0,5 мкг. В присутствии мешают только и . Мешающее влияние устраняют его окислением до . Свинец из экстракта реэкстрагируется ацетатным буферным раствором с рН 3-4.

Выполнение реакции: К 1-2 каплям исследуемого раствора прибавляют 2-3 капли раствора , доводят рН раствора до 9 раствором аммиака и экстрагируют 0,02 %-ным раствором дитизона в . Наблюдают оранжевое окрашивание экстракта.

 

5.5 Частные реакции на катион Mg²⁺

 

Гидроксиды образуют с белый аморфный осадок , растворимый в кислотах и солях аммония.

Гидрофосфат натрия дает с катионом в присутствии и белый кристаллический осадок фосфата магния-аммония :

 

При рН>10 могут образоваться и . Рекомендуется к кислому анализируемому раствору прибавлять аммиак до рН~9. Из-за образования рН раствора поддерживается постоянным.

Осадок растворяется в сильных кислотах и в уксусной кислоте:

 

 

Предел обнаружения магния – 10 мкг. Мешают многие ионы, образующие малорастворимые фосфаты; катионы первой группы не мешают.

Выполнение реакции: К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы магния, прибавляют 2-3 капли 2 М , 1 каплю раствора и при перемешивании по каплям прибавляют 2М до появления запаха аммиака (рН~9). Выпадает белый кристаллический осадок.

8-Оксихинолин (люминесцентная реакция). 8-Оксихинолин образует с ионами магния при рН 9-12 флуоресцирующий зелёным светом оксихинолинат. Предел обнаружения магния – 0,025 мкг. Интенсивность свечения повышается при обработке влажного пятна с оксихинолинатом магния раствором . Мешают

Выполнение реакции: На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора, содержащего ионы магния, и каплю этанольного раствора реагента. Образующийся оксихинолинат магния обрабатывают каплей 10%-ного раствора аммиака. При рассмотрении влажного пятна в ультрафиолетовом свете наблюдается зеленое свечение.

 

5.6 Частные реакции на катион Sb³⁺

 

Гидролиз. При разбавлении раствора выпадает белый осадок хлористого стибила (ион Sb³⁺ гидролизуется в большей степени, чем соли Bi³⁺):

 

К 2-3 каплям раствора хлорида сурьмы добавьте 5-10-кратный избыток дистиллированной воды. Выпадает белый коллоидный осадок.

Тиосульфат натрия c катионом при нагревании образует красный осадок сероокиси сурьмы :

 

 

Восстановление иона до металлической сурьмы:

 

 

На очищенную наждачной бумагой цинковую, алюминиевую или железную пластину нанести каплю подкисленного соляной кислотой (рН 1-2) анализируемого раствора. Через 2-3 минуты поверхность пластины чернеет.

 

5.7 Частные реакции на катион Sb⁵⁺

 

Гидролиз. При разбавлении растворов солей сурьмы водой образуется белый осадок основной соли, растворимый в избытке соляной кислоты:

 

Гидроксиды натрия, калия и аммония образуют с белый осадок метасурьмяной кислоты:

 

 

Металлы: цинк, олово, магний, железо действуют на так же, как и на катион .(восстанавливают до металла):

 

5Fe + 3SbCl₅ Û 3Sb + 5FeCl₃

 

Метиловый фиолетовый в солянокислых средах даёт с катионом фиолетовое окрашивание.