Лекция "Катиондарды жіктеу. Бірінші топ катиондары"

Катиондардың аналитикалық талдауы. Катиондардың бірінші аналитикалық тобы.

1. Катиондардың аналитикалық классификациясы

        Бейорганикалық заттардың сапалық анализі катиондар және аниондар анализі болып бөлінеді. Катиондар 5 аналитикалық топқа бөлінеді де, бірінші топ катиондарынан басқа әр топтың өзіндік  топтық реагенті болады.  Катиондардың классификациясы 1 кестеде келтірілген.

1 кесте. Катиондардың аналитикалық классификациясы

Аналитикалық топ	Топтық реактив	Катиондар
Бірінші	Топтық реактив жоқ	K+, Na+, NH4+, Mg2+
Екінші	(NH4)2CO3 NH4OH және NH4Cl қатысында	Ba2+, Ca2+, Sr2+
Үшінші	(NH4)2S немесе H2S NH4O және NH4Cl қатысында	Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Ni2+, Co2+
Төртінші	HCl қатысында H2S	I топша: Ag+, Hg2+, Pb2+ I топша: Hg2+, Pb2+, Ba2+, Cu2+, Cd2+
Бесінші	HCl қатысында H2S, түзілген тұнбаны Na2S немесе K2S ерітуі	As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn4+

2. Аниондардың классификациясы

Аниондардың классификациясы 2 кестеде келтірілген.

2 кесте. Аниондардың аналитикалық классификациясы

Топ	Топтық реактив	Аниондар
Бірінші	ВаСl2 барий хлориді бейтарап немесе әлсіз сілтілі ортада.	SO4 2-, SO3 2- , СO32-, РO43-, SiO3 2-
Екінші	AgNO3 күміс нитраты HNO3 қатысында	С1- , Вг- , I-, S2-
Үшінші	Топтық реактив жоқ	NO3-, NO2-,   CH3COO-

Бірінші топ катиондарының реактивтері

Натрийдің кобальтинитриті – натрий (III) гексанитрокобальтаты Na₃[Co(NO₂)₆]. Бұл комплексті тұз, келесі теңдеу арқылы диссоциацияға ұшырайды:

Na₃[Co(NO₂)₆] ↔ 3Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^{3 -}.

Бұл комплексті тұз суда жақсы ериді, бірақ келесі тұздары ерімейді: K₂Na[Co(NO₂)₆], K₂Ag[Co(NO₂)₆], K₃[Co(NO₂)₆], (NH₄)₃[Co(NO₂)₆], (NH₄)₂Ag[Co(NO₂)₆], (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆]

Натрийдің кобальтинитриті аммоний иондары жок ерітіндіде калий иондарын анықтау үшін қолданады.

 Натрийдің  гидротартраты  NaHC₄H₄O_6. Бұл вин қышқылының H₂C₄H₄O₆ тұзы, келесі теңдеу арқылы диссоциацияға ұшырайды:

NaHC₄H₄O₆ ↔ Na⁺ + HC₄H₄O₆^-,

HC₄H₄O₆^- ↔ H⁺ + C₄H₄O₆^2-.

Магний және натрий гидротартраты суда ериді, ал калий және аммоний гидротартраты ерімейді. Сондықтан да натрий гидротартраты әлсіз сірке немесе бейтарап ортада аммоний катионы жоқ ерітіндіден калий иондарын анықтауға қолданылады.

Магний – уранил – ацетат Mg[(UO₂)₃(CH₃COO)₈] және цинк – уранил – ацетат Zn[(UO₂)₃(CH₃COO)₈]. Осы реактивтер арқылы натрий ионын анықтауға болады.

Уранил деп екі валентті катионды айтады UO₂²⁺. Бұл натрий ионын анықтауға қолданылатын реактивтердің бірі.

Калий иондарын тән реакциялар

Жалынның боялуы.  Калий хлориді немесе калий нитраты тұздары жалынды көгілдір түске бояйды.

Натрий кобальтинитриті. Na₃[Co(NO₂)₆] бейтарап немесе сіркеқышқылды ортада сары түсті кристалды тұнба береді – калий – натрий кобальтнитриті.

2KNO₃ + Na₃[Co(NO₂)₆] → K₂ Na[Co(NO₂)₆] ↓ + 2 NaNO₃

2K⁺ + 2NO₃^- + 3Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- = ↓ K₂ Na[Co(NO₂)₆] + 2Na⁺ + 2NO₃^-

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- = ↓ K₂ Na[Co(NO₂)₆]

Ag⁺ иондары қатысында реакция сезімталдығы жоғарлайды, себебі бұл кезде аз еритін тұз түзіледі   K₂Ag[Co(NO₂)₆].

 NH₄⁺ иондары калий иондарын анықтауда кедергі жасайды, себебі бұл ион Na₃[Co(NO₂)₆] түсі ұқсас болып келетін тұнба түзеді. Бұл реакцияға иодид иондары да кедергі жасайды I^- , себебі нитрит ионымен иодид ионы I₂ дейін тотығады

Натрий иондарына тән реакциялар

Цинк-урацил-ацетат Zn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₈  бейтарап немесе сірке қышқылды ортада натрий тұздарымен жасыл сары түсті кристалды натрий-цинк-урацил-ацетат тұнбасын береді,  NaZn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₉ ∙ 9H₂O

Na⁺ +  Zn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₈  + CH₃COO^- +9H₂O = NaZn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₉ ∙ 9H₂O

Бұл реакцияға калий, магний, аммоний иондары кедергі жасамайды.

Жалынның боялуы. Натрий қосылыстары жалынның түсін сары түске бояйды. 

Аммоний иоондарына тән рекциялар

NH₄⁺ иондары калий ионын анықтауда қолданылатын барлық реактивтермен әрекеттесіп тұнба түзеді. Бұдан басқа да аммоний ионын келесі өзіне тән реакциялармен анықтауға болады:
 Сілті ерітінділермен  NaOH, KOH және сілтілі жер металдардың гидроксидтерімен

Ca(OH)₂ Ba(OH)₂ қыздырғанда аммиак бөлініп шығады.

NH₄Cl + KOH = NH₄OH + KCl

Аммиак ионың бар екендігі иісінен немесе қызыл лакмус қағазының көк түске боялғанынан да анықтауға болады.

Неслер реактиві. Аммоний ионы бар ерітіндіге Неслер реактивін құйған кезде, түзілген аммиак реактивпен қоңыр сарғыш түсті дииододимеркураммоний иодиді  NH₂Hg₂I₃ тұнбасы түзеді. 

2 K₂[HgI₄] + NH₃ + KOH = NH₂Hg₂I₃↓ + 5KI +H₂O

Бірінші топ катиондарының қоспасын  талдау.

Анализ жасау алдында аммоний иондарын анықтап алу қажет NH₄⁺, себебі аммоний иондары калий, натрий иондарын анықтауға кедергі жасайды, егер натрий  ионын KH₂SbO₄ реактивімен ашатын болса. Сондай-ақ

магний иондарын анықтауда титан сарысы  қолданылған жағдайда  кедергі жасайды.

  Аммоний иондарын анықтағаннан кейін оны ерітіндіден жою қажет, ол үшін ерітіндініақ түтін жойылғанға дейін қыздыру қажет. Қалған қалдықты суда ерітіп, ерітіндіні 3 бөліп, калий, натрий, магний иондарын жекелеген реакция теңдеулерімен анықтау қажет.