Способы выполнения аналитических реакций

Лекция № 6

Качественный анализ

Методы качественного анализа

Метод качественного анализа, в основе которого лежит кислотно-основная классификация катионов имеет ряд преимуществ: он прост и экономичен, исключает использование токсичных реактивов, позволяет изучать свойства важнейших соединений, в том числе лекарственных веществ.

Обнаружение катионов может быть проведено дробным, систематическим или компромиссным методами.

Дробный анализ - основан на обнаружении искомого иона в отдельных порциях исследуемого раствора с применением специфических или селективных реакций в любой последовательности. Метод требует удаления или маскировки мешающих ионов.

Систематический анализ – основан на последовательном разделении смеси ионов на группы с помощью групповых реагентов и последовательном обнаружении отдельных ионов характерными реакциями.

Компромиссный анализ – сочетает в себе элементы дробного и систематического анализа.

В аналитической химии различают групповые, общие, частные, характерные (специфические, селективные) реакции и реагенты.

Групповыми реагентами называются реагенты, взаимодействующие с группой ионов с одинаковым аналитическим эффектом, и позволяющие отделить одну группу ионов от другой.

Общими реагентами называются реагенты, которые взаимодействуют со многими ионами. К ним относятся растворы щелочей, аммиака, карбонаты, фосфаты, растворимые в воде и многие другие реагенты.

Характерные реагенты взаимодействуют с одним ионом (специфические реагенты), или с небольшим числом ионов (селективные реагенты).

Способы выполнения аналитических реакций

Аналитические реакции выполняют «сухим» путем (пирохимические реакции, «порошковый анализ») и «мокрым» путем (в растворе).

1. Пробирочный – общая методика: в пробирку вносят 2-3 капли исследуемого раствора и реагента, создают необходимые условия для протекания реакции ( рН среды, температура и др.) и наблюдают внешний эффект.

2. Микрокристаллоскопический - общая методика: на предметное стекло помещают рядом каплю анализируемого раствора и реагента. Осторожно стеклянной палочкой приводят растворы в соприкосновение. Иногда требуется лёгкое нагревание. Через несколько минут наблюдают эффект реакции под микроскопом.

3. Хроматографическое обнаружение. Физико – химический метод разделения компонентов сложной смеси, основан на использовании сорбции молекул и ионов из растворов твердыми или жидкими сорбентами. Различают четыре основных вида хроматографического метода анализа: адсорбционная хроматография, распределительная хроматография, хроматография, ионообменная хроматография, осадочная хроматография.

4. Экстракционное обнаружение – проводится по методике пробирочной реакции, в присутствии органических растворителей, не смешивающихся с водой (хлороформ, эфир и др.). После экстрагирования, то есть извлечения вещества из водного раствора органическим растворителем, эффект реакции наблюдают в слое органического растворителя. Экстракционное обнаружение основано на лучшей растворимости извлекаемого вещества в органическом растворителе, чем в воде. Или на большей устойчивости его в органическом растворителе, чем в воде (например, в меньшей степени подвергается окислению).

5. Капельный анализ – реакции выполняют на фильтровальной бумаге или капельной пластинке. Общая методика –на фильтровальную бумагу наносят микропипеткой каплю реагента объёмом 0,01мл, дают ей впитаться, и в центр влажного пятна помещают каплю анализируемого раствора. Результат реакции наблюдают по образованию окрашенного пятна или кольца.

6. Пирохимический – пробы на окрашивания пламени бесцветного пламени горелки или спиртовки - общая методика: на кончике нихромовой проволоки или графита вносят в пламя несколько кристаллов летучих солей. Наблюдают характерное окрашивание пламени.

7. «Порошковый анализ» - общая методика: растирают в ступке небольшое количество твердого исследуемого вещества и реагента. Ион обнаруживают по образованию окрашенного соединения или по запаху.

Катионы - это положительно заряженные ионы. Простые катионы образуют элементы за счет отдачи валентных электронов.

Химико-аналитические свойства катионов зависят от положения образующих их элементов в периодической системе Д.И. Менделеева, т.е. от заряда ядра радиуса, строения внутренних электронных оболочек и других факторов.

Деление катионов на аналитические группы основано на различной растворимости их соединений и на различном отношении к групповым реактивам.

Кислотно-основная классификация основана на различном отношении катионов к кислотам (хлороводородной и серной) и основаниям (гидроксидам калия или натрия и аммония) и различной растворимости сульфатов, хлоридов и гидроксидов в воде, кислотах, щелочах, растворе аммиака. В этой классификации выделены шесть аналитических групп катионов.

Кислотно-основная классификация катионов

Анионы - это отрицательно заряженные ионы. Они обычно образованны р-, реже d-элементами периодической системы. Анионы бывают простые- в образовании химической связи участвуют только s-элементы(Cl^-, Br^-) и сложными, состав которых часто зависит от реакции среды, а в образовании химической связи последовательно все валентные электроны s-, p-, d-. Один и тот же элемент может образовывать несколько анионов, обладающих различными свойствами, например, Cl^--хлорид, ClO^--гипохлорит, ClO₂^--, СlO₃^--хлорат, ClO₄^—перхлорат-ион.

В настоящее время не существует общепринятой классификации и делении анионов на группы. В большинстве случаев анионы обнаруживают в отдельных порциях анализируемого раствора в присутствии других анионов и компромиссным методом, сочетающим дробный и систематический (для отдельных групп анионов) методы анализа.

Анионы можно разделить на III аналитические группы, основываясь на различном отношении их к барию хлориду, серебра нитрата (в присутствии азотной кислоты).

Также деление на III аналитические группы, обусловлено их окислительно-восстановительными свойствами: анионы-окислители, анионы-восстановители и индифферентные анионы.

В качестве реактивов на анионы - окислители используют раствор калия йодида в присутствии разбавленной серной кислоты и раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте.

Анионы восстановители обнаруживают с помощью водного раствора йода и раствора калия перманганата в присутствии разбавленной серной кислоты.

Деление анионов на группы имеет значение не столько для разделения ионов, которое нельзя осуществить количественно, сколько для предварительных испытаний, позволяющих установить наличие или отсутствие тех или иных анионов.Кроме того, групповые реагенты не являются строго специфичными, возможно взаимодействие группового реагента с анионами других групп.

Поэтому необходимо предвидеть поведение всех присутствующих в анализируемой пробе анионов при действии того или иного реагента, устранять их мешающее влияние.

Известно также, что катионы тяжелых металлов с рядом анионов образуют труднорастворимые осадки. Что также учитывают в ходе анализа.

Классификация анионов