16.14 : Качественный анализ

Когда неизвестный раствор содержит смесь нескольких ионов различных металлов, катионы можно идентифицировать с помощью систематической серии селективных осаждений, называемых качественным анализом. На каждом этапе анализа добавляется другой осаждающий реагент. Эти реагенты избирательно осаждают одни катионы в виде нерастворимых солей, которые можно удалить, в то время как другие продолжают оставаться в растворе.

В водных растворах обычно встречаются 22 катиона, которые можно разделить на пять групп на основе продуктов растворимости их нерастворимых солей. Катионы 1 группы это ионы металлов, образующие нерастворимые хлориды. Большинство хлоридных солей растворимы в воде.

Таким образом, когда в водный раствор ионов металла добавляют шестимолярный раствор соляной кислоты, осадок будет указывать на наличие иона металла 1 группы, такого как серебро, свинец или ртуть. Если осадок не образуется, это означает, что в растворе нет катионов 1 группы. Затем эту смесь центрифугируют или фильтруют, чтобы отделить твердый осадок и водный супернатант.

Затем через кислый супернатант барботируют газообразный сероводород. Взаимодействие между ионами металла и сероводородом дает сульфид металла и протоны. Из-за добавления соляной кислоты на предыдущем этапе высокая концентрация протонов смещает равновесие в сторону исходных веществ.

Таким образом, в кислых условиях осаждаются только ионы металлов второй группы, которые образуют сильно нерастворимые сульфидные соли, в то время как другие сульфиды металлов, которые немного более растворимы, остаются в растворе. Затем осаждаются катионы 3 группы, которые состоят из нерастворимых в основаниях сульфидов и гидроксидов. Гидроксид натрия добавляется к супернатанту с предыдущего шага для установления основных условий.

Это добавление истощает количество протонов в реакции осаждения сульфида металла, и равновесие смещается в сторону продуктов. В результате многие сульфиды металлов, которые были растворимы в кислых условиях, теперь становятся нерастворимыми и образуют осадок. Кроме того, из раствора выпадают ионы металлов, которые образуют нерастворимые гидроксиды, такие как железо, алюминий и хром.

При разделении этой смеси в растворе остаются только ионы щелочных и щелочноземельных металлов. Щелочноземельные металлы, которые составляют катионы 4 группы, образуют нерастворимые фосфаты. Добавление гидрофосфата диаммония к основному супернатанту вызывает осаждение ионов магния, кальция, бария и стронция.

Жидкость, декантированная с этой стадии, содержит катионы 5 группы. Эти катионы не образуют нерастворимых солей и требуют индивидуальной идентификации. Если при добавлении гидроксида натрия к раствору на предыдущих этапах выделялся газ с характерным запахом аммиака, значит, в смеси присутствовали ионы аммония.

Ионы натрия и калия можно определить по цвету пламени. Ионы натрия образуют ярко-желтое пламя, а фиолетовое пламя указывает на ионы калия.