Анализ анионного и катионного состава смеси

Аналитическая химия - наука о методах анализа; области ее применения. Сероводородная аналитическая и кислотно-основная классификация катионов по группам, групповые реагенты. Отбор проб сухих веществ и способы растворения. Анализ анионного состава смеси.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

16

Введение

анализ катион реагент анионный смесь

Аналитическая химия - это раздел химической науки, разрабатывающий на основе фундаментальных законов химии и физики принципиальные методы и приёмы качественного и количественного анализа атомного, молекулярного и фазового состава вещества.

Приведенное определение аналитической химии в целом отображает её содержание.

Аналитическая химия занимается научным обоснованием операций, приёмов, которые применяются при разработке, совершенствовании и выполнении различных методов химического анализа. Следует различать понятия «аналитическая химия» и «химический анализ». Аналитическая химия - наука о методах анализа, а химический анализ - это уже известные методы определения состава вещества, количественных соотношений его компонентов, используемые в практике. Химический анализ можно разделить в соответствии с решаемыми проблемами на качественный и количественный. В данной работе мы рассмотрим только качественный химический анализ.

Качественный химический анализ - это определение (открытие) химических элементов, ионов, атомов, атомных групп, молекул в анализируемом веществе.

Качественный анализ состоит из:

- Предварительные испытания (операции, проводимые перед выполнением анализа).

- Дробный анализ (обнаружение иона или вещества в пробе с помощью специфического реагента, в присутствии всех компонентов пробы)

- Систематический анализ (Анализ с разделением ионов по аналитическим группам, с последующим определением каждого иона.)

Аналитическая химия находит применение в различных научно-производственных сферах: геохимия, геология, минералогия, металлургия и химическая промышленность.



1. Теоретическая часть

1.1 Сероводородная классификация катионов по группам

Основы данной классификации были созданы ещё в XIX веке. Сероводородная классификация длительное время была повсеместно распространенной в аналитической химии и лишь во второй половине XX века она стала вытесняться другими методами анализ, при которых не требуется получение и применение токсичного сероводорода(H₂S).

Разработаны различные варианты сероводородного метода, различающиеся деталями. Общая схема анализа в основном сохраняется во всех вариантах.

Сероводородная аналитическая классификация катионов по группам базируется на использовании в качестве четырёх групповых реагентов: раствора хлороводородной кислоты HCl, раствора сероводорода H₂S, раствора сульфида аммония (NH₄)₂S и раствора карбоната аммония (NH₄)₂CO₃. Катионы по этой классификации разделяются на пять аналитических групп (см. табл. 1), в зависимости от растворимости их хлоридов, сульфидов, и карбонатов. Иногда некоторые катионы, например катионы свинца Pb⁺² включают в разные аналитические группы.

Несмотря на то, что эта классическая схема анализа позволяет открывать многие катионы, она обладает рядом недостатков, главный из которых - необходимость применения высокотоксичного сероводорода.



Таблица 1.

Сероводородная (сульфидная) классификация катионов

Группа	Катионы	Групповой реагент	Характеристика группы
I	Li+, K+, Na+, NH4+, Mg2+	Нет
II	Ba2+, Sr2+, Ca2+	(NH4)2CO3 , (NH4OH + NH4Cl)	Карбонаты нерастворимы в воде. Не осаждаются (NH4)2S или H2S в виде сульфидов, в отличие от III, IV, V групп.
III	Ni2+, Co2+, Fe2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Mn2+, Zn2+	(NH4)2S, (NH4OH + NH4Cl)	Сульфиды и гидроксиды нерастворимы в воде. В отличие от IV и V групп не осаждаются H2S из раствора HCl в виде сульфидов.
IV	1-ая подгруппа: Cu2+, Cd2+, Bi3+, Hg2+ 2-ая подгруппа: Sn2+, Sn4+, Sb3+, Sb5+, As3+, As5+	H2S (из раствора HCl)	Сульфиды нерастворимы в полисульфиде аммония (NH4)2Sn, в отличие от сернистых соединений.

1.2 Кислотно-основная классификация катионов по группам

Данная классификация катионов по группам основана на использовании в качестве групповых реагентов водных растворов кислот и оснований - хлороводородной кислоты HCl, серной кислоты H₂SO₄, гидроксида натрия NaOH (в присутствии пероксида водорода H₂O₂) и аммиака NH₃. Эта классификация менее совершенна, чем сероводородная, и разработана менее детально, однако при ее использовании не требуется получение и применение токсичного сероводорода.

Катионы, открываемые в рамках кислотно-основной классификации, подразделяются на шесть аналитических групп.(табл. 2.)



Таблица 2. Кислотно-основная классификация катионов.

Группа	Катионы	Групповой реагент	Характеристика группы
I (хлоридная)	Ag+, Pb2+, [Hg2]2+	2н HCl	Образование малорастворимых хлоридов
II (сульфатная)	Ba2+, Sr2+, Ca2+	2н H2SO4	Образование малорастворимых в воде и кислотах сульфатов
III (амфолитная)	Al3+, Cr3+, Zn2+ Sn2+, Sn4+, As3+, As5+	2н NaOH	Образование растворимых солей типа NaAlO2, Na2ZnO2, NaCrO2, Na2SnO2.
IV (гидроксидная)	Bi3+, Sb3+, Sb5+, Fe2+, Fe3+, Mn2+,Mg2+	2н NaOH	Образование малорастворимых гидроокисей
V (аммиакатная)	Ni2+, Co2+ Hg2+ Cu2+, Cd2+	2н NH4OH (избыток)	Образование растворимых комплексов-аммиактов.
VI (растворимая)	Li+, K+, Na+, NH4+	Нет группового реактива	Хлориды, сульфаты, гидроксиды растворимы в воде

1.3 Химический анализ анионов

Анализ анионов существенно отличается от анализа катионов. Если для катионов существует систематический ход анализа, построенный на последовательном делении их на группы с помощью групповых реакций, то для анионов такого строго систематического анализа нет.

Разнообразные классификации анионов основаны на реакциях осаждения, разложения, комплексообразования, окисления-восстановления. В качестве групповых реагентов используют соли бария, серебра, кальция, свинца, цинка, смеси солей бария и кальция. Эти реактивы применяют при различных значениях pH раствора. В качестве групповых реагентов на анионы легко разлагаемых кислот используют также растворы кислот (CH₃COOH, HCl). Различные отношения анионов к окислителям (KMnO₄ + H₂SO₄) или восстановителям (KI + H₂SO₄