Реакции обнаружения катионов второй аналитической группы

Ко 2-й группе относятся ионы Са²⁺, Sr⁺ и Ва²⁺. Образующие их металлы расположены во 2-й группе периодической системы, называются щелочноземельными и характеризуются высокой химической активностью.

Ионы Са²⁺, Sr⁺ и Ва²~ (в отличие от катионов 1-й группы) образуют малорастворимые в воде карбонаты. Поэтому их осаждают действием карбоната аммония (NH₄)₂C0₃, который и является групповым реагентом.

Из солей Са²⁺, Sr²' и Ва²" нерастворимы, кроме того, сульфаты, фосфаты и оксалаты.

От катионов 3—5-й групп Са²⁺, Sr²⁺ и Ва²" отличаются хорошей растворимостью сульфидов в воде.

Групповой реагент — (NH^CC^ гидролизуется по реакции или

Гидролиз препятствует полному осаждению катионов 2-й группы, так как кислые соли Са (НС0₃)₂, Sr (HC0₃)₇ и Ва (НС0₃)₂ растворимы в воде. Для подавления гидролиза карбоната аммония к раствору прибавляют NH₄OH. Нагревание раствора до 50—70°С предотвращает частичное разложение карбоната аммония до карбамината аммония (NH₂COONH₄), не осаждающего катионы 2-й группы. Кроме того, нагревание способствует превращению аморфного осадка в кристаллический, легче отделяемый центрифугированием.

При действии карбоната аммония помимо катионов 2-й группы частично осаждается ион Mg²⁺ в виде основной соли:

При добавлении хлорида аммония этот осадок растворяется.

Итак, катионы 2-й группы осаждают карбонатом аммония (МН₄)₂С0₃ в присутствии NH₄OH и ЫН₄С1 при нагревании раствора до 50—70°С.

Барий

А) Реакция с бихроматом (дихроматом) калия

Бихромат калия К₂Сг₂0₇ выделяет из растворов солей бария желтый осадок хромата бария ВаСг ()₄, так как последний менее растворим, чем бихромат бария:

Для полного осаждения бария к раствору помимо бихромата калия для нейтрализации выделяющейся кислоты добавляют избыток ацетата натрия, с которым продукты реакции образуют ацетатную буферную смесь, обеспечивающую оптимальное значение pH раствора (pH 5). Эта реакция служит как для открытия, так и для отделения катиона бария от кальция и стронция. Предельное разбавление для нее 1:12 500.

Описание опыта. К 2—3 каплям раствора соли бария приливают 1—2 капли раствора ацетата натрия и 2—3 капли раствора бихромата калия. Следует испытать растворимость осадка в соляной и уксусной кислотах.

Б) Реакция с серной кислотой и растворимыми сульфатами

Серная кислота или растворимые сульфаты образуют с катионом бария белый мелкокристаллический осадок:

Описание опыта. К 2—3 каплям раствора соли бария прибавляют столько же серной кислоты или раствора сульфата натрия Na₂S0₄ и убеждаются, что сульфат бария нерастворим в кислотах. Гипсовая вода (насыщенный раствор гипса CaS0₄ • 2Н₂0) даст с растворами солей бария белую муть, появляющуюся сразу же после начала реакции.

Стронций

А) Реакция с растворимыми сульфатами и гипсовой водой

Серная кислота и растворимые сульфаты дают с ионом стронция нерастворимый в кислотах белый осадок сульфата стронция:

При действии гипсовой воды образуется небольшая белая муть, появляющаяся не сразу (отличие от бария!) из-за образования пересыщенного раствора (убедитесь в этом на соответствующем опыте). В ходе анализа эта реакция служит для открытия стронция, но только после отделения бария.

Б) Обнаружение родизонатом натрия

Описание опыта. На фильтровальную бумагу помещают каплю нейтрального раствора соли стронция и действуют каплей водного раствора родизоната натрия Na₂C₆0₆. При этом на бумаге появляется красно-бурое пятно осадка SrC₆0₆. При смачивании пятна каплей разбавленной соляной кислоты осадок растворяется и пятно исчезает.

Катион бария с родизонатом образует такой же осадок родизоната бария, который, однако, легко отличить от родизоната стронция, так как при действии соляной кислоты он становится розово-красным.

Реакция очень удобна для дробного обнаружения стронция и бария в присутствии всех остальных катионов 1-й и 2-й аналитических групп. Катионы других групп должны отсутствовать.

Кальций

А) Реакция с растворимыми сульфатами

Ион S0₄ осаждает кальций только из достаточно концентрированных растворов его солей. Осадок растворяется в сульфате аммония с образованием комплексной соли (NH₄)₂| Ca (S0₄)₂]. Растворы солей кальция в отличие от бария и стронция не образуют мути с гипсовой водой.

Б) Реакция с гексацианоферратом (П) калия

Гексацианоферрат (П) калия K₄|Fe (CN)_G] из растворов солей кальция в присутствии аммонийной буферной смеси выделяет белый кристаллический осадок, нерастворимый в уксусной кислоте:

Ион стронция не мешает обнаружению кальция, но барий образует аналогичный осадок и, следовательно, перед обнаружением кальция должен быть удален.

Описание опыта. К 1—2 каплям раствора соли кальция прибавляют по капле растворов NH₄OH и NH₄C1, нагревают и осаждают кальций действием 3—4 капель насыщенного раствора KJFe (CN)₆].

В) Реакция с оксалатом аммония

Оксалат аммония (NH₄)₂C₂0₄ осаждает из растворов солей кальция белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция:

Описание опыта. К 1—2 каплям раствора соли кальция прибавляют столько же оксалата аммония. Нагревание способствует быстрому осаждению осадка, который растворим в минеральных кислотах, но нерастворим в уксусной кислоте. Этой реакцией обнаруживают кальций, но только после удаления бария и стронция, которые также образуют аналогичные осадки.

Результаты действия важнейших реагентов на катионы второй группы приведены в табл. 3.4. Как очевидно из таблицы, карбонаты, фосфаты, оксалаты и сульфаты катионов 2-й группы малорастворимы в воде. Растворимость сульфатов повышается в ряду Ва, Sr, Са. Из хроматов нерастворимы лишь ВаСЮ₄ и SrCr0₄. Хромат кальция растворим хорошо.

Таблица 3.4

Реакции катионов 2-й группы.

* Осадок выпадает только из концентрированных растворов.

** При большой концентрации Ва²* возможно образование осадка.