1.7. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ VI АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

Общая характеристика катионов VI аналитической группы

         К шестой аналитической группе катионов относят катионы Na⁺, K⁺ и NH₄⁺. Группа не имеет группового реактива. Соответствующие первым двум катионам элементы Na и К находятся в главной подгруппе первой группы периодической системы Д. И. Менделеева и являются s-элементами. Общая электронная формула их внешнего энергетического уровня s1, таким образом, ионы Na+ и К+ имеют устойчивую 8-электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня. Катион NH⁴⁺ – сложный ион, свойства его сходны со свойствами катиона К⁺, что объясняется одинаковым зарядом ионов и близким значением их ионных радиусов. Сходные свойства приводят к одинаковому действию некоторых реактивов на эти ионы. Соединения катионов Na⁺, K⁺, NH⁴⁺, как правило, характеризуются хорошей растворимостью в воде и других полярных растворителях. Именно поэтому группа не имеет группового реактива. Только с крупными анионами катионы VI группы дают труднорастворимые соединения, например КНС₄Н₄О₆, (NH₄)2Na[Co(NO₂)₆J, NaH₂SbО₄. Поэтому реактивы, содержащие подобные анионы, служат для обнаружения катионов VI группы. Катионы Na⁺, K⁺, NH⁴⁺ бесцветны. Окраска их соединений определяется только окраской аниона. Например, ион СrО₄^2– желтого цвета и хромат натрия Na₂CrО₄ желтого цвета; ион MnO₄^– фиолетового цвета и перманганат калия КМnО₄ фиолетового цвета. Ионы Na⁺ и К⁺ гидролизу не подвергаются, поэтому соли этих катионов и сильных кислот имеют нейтральную реакцию раствора, а соли слабых кислот – щелочную. Катион NH4+ гидролизуется:

Следовательно, его соли, образованные сильными кислотами, имеют кислую реакцию раствора, а соли слабых кислот – нейтральную, слабокислую или слабощелочную в зависимости от константы диссоциации слабой кислоты.

Катионы VI группы не проявляют способности к комплексообразованию, но могут входить во внешнюю сферу комплексных соединений. Ионы Na⁺ и К⁺ имеют постоянную, устойчивую степень окисления и не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Катион NH₄⁺ может быть окислен только очень сильными окислителями (хлорная вода, царская водка и другие) до свободного азота.

Характерными реакциями этих ионов являются реакции обмена.

Соединения катионов VI группы склонны к образованию пересыщенных растворов, поэтому при выполнении аналитических реакций, сопровождающихся образованием осадков, требуется тщательное перемешивание реакционной смеси. Как правило, осадки медленно кристаллизуются и имеют характерную форму кристаллов, что позволяет открывать эти ионы микрокристаллоскопическими реакциями. Для обнаружения катионов Na⁺ и К⁺ широко используют метод окрашивания пламени.

Частные аналитические реакции ионов K⁺

         1.7.1. Гексанитрокобальтат (III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆] дает с катионом К⁺ желтый кристаллический осадок K₂Na [Co(NO₂)₆]:

Выполнение реакции. В пробирку налить 1–2 капли раствора соли калия, прибавить 2 М СН₃СООН до рН = 5, затем добавить 2-3 капли раствора гексанитрокобальтата натрия. Появление желтого осадка говорит о наличии ионов калия. Обнаружению мешает ион аммония. Если осадок не выпадает, потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки. Убедиться в том, что осадок кристаллический. Реактив должен быть свежеприготовленным, так как при стоянии он разлагается с образованием иона Со²⁺, при этом окраска раствора становится розовой.

         1.7.2. Окрашивание пламени. Ионы К⁺ окрашивают пламя в бледно-фиолетовый цвет.

Выполнение реакции. Платиновую или нихромовую проволочку тщательно очистить, для чего смочить ее в растворе НС1 и прокалить в пламени горелки до полного исчезновения окраски пламени. Ушком раскаленной проволочки прикоснуться к кристаллам соли калия и внести ее в пламя горелки. Фиолетовое окрашивание пламени лучше наблюдать через синее стекло.

Частные аналитические реакции ионов Na⁺

         1.7.3. Дигидроантимонат (V) калия KН₂SbO₄ образует с катионом Na⁺ белый кристаллический осадок NaН₂SbO₄:

Выполнение реакции. В пробирку налить 2–3 капли раствора соли NaCl, прибавить равный объем реактива, перемешать стеклянной палочкой и, если осадок не выпадает, потереть ею о стенки пробирки и охладить. Убедиться в том, что осадок кристалличе-ский. При проведении реакции рН = 7.

         1.7.4. Окрашивание пламени. Соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет. Окраска устойчивая, не исчезает в течение не-скольких секунд. Реакция очень чувствительная. Вывод о присутствии натрия надо делать с большой осторожностью, только при очень яркой окраске пламени.

Частные аналитические реакции ионов NH₄⁺

         1.7.5. Едкие щелочи NaOH, КОН при нагревании разлагают соли и гидроксид аммония с выделением газообразного аммиака:

Выполнение реакции. В пробирку поместить 2–3 капли рас-твора соли аммония, прибавить 1–2 капли раствора щелочи, нагреть. Выделение аммиака обнаружить по характерному запаху или по изменению окраски влажной индикаторной бумаги, поднесенной к отверстию пробирки. Выделившийся аммиак взаимодействует с водой индикаторной бумаги, образуя гидроксид аммония NH₄OH:

Поэтому красная лакмусовая бумага синеет, а бесцветная фе-нолфталеиновая бумага окрашивается в малиновый цвет.

         1.7.6. Реактив Несслера K₂[HgI₄] +KOH образует с катионом NH₄⁺ бурый аморфный осадок иодида оксодигидраргирата (II) ам-мония [NH₂Hg₂O]I:

Выполнение реакции. К 2-3 каплям анализируемого раствора добавляют 4-5 капель концентрированного NaOH или КОН, выпавшие гидроокиси тяжелых металлов центрифугируют. К центрифугату добавляют 6-8 капель реактива Несслера (необходим избыток). В присутствии катионов NH4+ выпадает красно-бурый осадок.

         1.7.7. Отделение иона аммония. Ион NH₄⁺ мешает обнаружению ионов Na⁺ и К⁺, поэтому его необходимо удалить из раствора перед обнаружением этих ионов. Для удаления иона аммония обычно используют летучесть его солей при нагревании.

Выполнение реакций. В пробирку помещают 6-8 капель раствора, содержащего соль аммония, добавляют одну каплю фенол-фталеина и Na₂CO₃(сухую соль) или концентрированный раствор NaOH до ярко малиновой окраски (рН=10). Содержимое пробирки нагревают, прозрачный центрифугат переносят в фарфоровую чашку, выпаривают досуха до исчезновения белого дыма. Сухой остаток растворяют в 3-4 каплях дистиллированной воды и в 1 капле раствора проверяют полноту удаления иона аммония реактивом Несслера. Если NH₄⁺ полностью не удален, операцию повторяют до полного удаления иона аммония из раствора.