К четвертой группе катионов относятся ионы Аl 3+ , Cr 3+ , Zn 2+ .
Хорошо растворимы в воде сульфаты, нитраты, хлориды, бромиды и иодиды алюминия, цинка и хрома (III). Ионы Аl 3+ и Zn 2+ бесцветны, соединения хрома (III) окрашены в зеленый или фиолетовый цвет.
Гидроксиды катионов четвертой группы труднорастворимы и являются слабыми электролитами. Кроме того, они обладают амфотерными свойствами. Это свойство гидроксидов используется в систематическом ходе анализа.
Групповым реагентом является NaOH в избытке. Гидроксиды алюминия, хрома (III) и цинка растворяются в избытке щелочи и при действии группового реактива переходят в раствор в виде соединений Na[Al(OH)4], Na2[Zn(OH)4], Na3[Cr(OH)6].
Так как гидроксиды катионов четвертой аналитической группы являются очень слабыми основаниями, соли этих катионов в водных растворах гидролизованы. Соли очень слабых кислот, например сульфиды, карбонаты алюминия и хрома (III), подвергаются необратимому гидролизу и не могут существовать в водном растворе.
Ионы А1 3+ , Сг 3+ и Zn 2+ обладают способностью к комплексообразованию.
Для соединений хрома (III) характерна склонность к окислительно-восстановительным реакциям, что используется при анализе. Одной из самых характерных реакций открытия катиона Сг 3+ является окисление его до желтого иона СгО4 2 — .
Соединения катионов четвертой группы входят в состав многих лекарственных препаратов. Гидроксид алюминия А1(ОН)3 обладает адсорбирующими свойствами и поэтому применяется как наружное средство в присыпках, а внутрь — при отравлениях. Его также применяют при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Квасцы KAl(SO4)2 применяют как кровоостанавливающее средство и для прижиганий. Сульфат цинка ZnSO4 применяют в виде глазных капель, а оксид цинка ZnO входит в состав многих мазей для лечения кожных заболеваний.
Частные реакции катионов четвертой аналитической группы
Реакции катиона хрома (III) Сг 3+
1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH и КОН из раствора соли хрома (III) выделяют серо-зеленый аморфный осадок гидроксида хрома (III):
СгС13 + ЗКОН → Сг(ОН)з ↓ + ЗКС1
Осадок растворяется в разбавленных кислотах, а также в избытке растворов щелочей с образованием комплексного соединения:
Сг(ОН)3 + ЗКОН → Кз[Сг(ОН)6], что указывает на амфотерность гидроксида хрома (III).
2. Пероксид водорода Н2O2 в присутствии щелочи окисляет ион хрома Сг 3+ в хромат-ион СгО4 2 — . Реакция сопровождается характерным внешним признаком — изменением окраски раствора в ярко-желтую, обусловленную присутствием иона CrO4 2 —
Если полученный раствор хромата подкислить разбавленной серной кислотой, то пероксид водорода окисляет хромат в надхромовую кислоту H2CrO6 синего цвета, легко переходящую в эфирный слой.
3. Окисление перманганатом калия. Перманганат калия в сернокислой среде при нагревании окисляет катион Сг 3+ в дихроматион Сг2О7 2 — .
Реакции катиона цинка Zn 2+
1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH или КОН из раствора солей цинка выделяют белый студенистый осадок гидроксида цинка:
Гидроксид цинка обладает амфотерными свойствами и поэтому растворяется в разбавленных кислотах и в избытке щелочей:
2. Гексацианоферрат (III) калия Кз[Fе(СN)6] с солями цинка дает коричневато-желтый осадок гексациано-феррата (III) цинка:
Осадок растворяется в хлороводородной кислоте и растворе аммиака.
3. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6 ] реагирует с солями цинка с образованием белого осадка гексацианоферрата(П) цинка-калия:
Осадок нерастворим в разбавленной хлороводородной, растворяется в щелочах, поэтому реакцию нельзя проводить в щелочной среде.
Реакция является фармакопейной.
4. Сульфид натрия Na2S осаждает из нейтрального раствора ион цинка в виде белого аморфного сульфида цинка:
Осадок не растворяется в уксусной кислоте, но растворяется в минеральных кислотах. Реакция является фармакопейной.
Читайте также: Температурный коэффициент линейного расширения для алюминия
5. Микрокристаллоскопическая реакция. Тетрароданохидраргират (II) аммония (NH4)2[Hg(SCN)4] образует в нейтральном или слабокислом растворе с ионами цинка бесцветные кристаллы в виде крестов или дендритов Если в растворе находилось большое количество минеральной кислоты, а солей цинка небольшое количество, то кристаллы выпадают в виде клиньев
6. Образование «зелени Ринмана». Кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли цинка и раствором нитрата кобальта, высушивают и озоляют в фарфоровом тигле на газовой горелке. При сжигании дает золу, окрашенную в зеленый цвет цинкатом кобальта («зелень Ринмана»).
При этом происходит реакция:
Проведению реакции мешают ионы А1 3+ и Сг 3+ .
Реакции катиона алюминия А1 3+
1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH или КОН с солями алюминия образуют белый осадок гидроксида алюминия:
Вследствие амфотерного характера гидроксида алюминия осадок растворяется в разбавленных кислотах и в избытке щелочи:
2. Сухой хлорид аммония NH4CI выделяет из тетрагидроксоалюмината калия гидроксид алюминия:
3. Ализарин (1,2-диоксиантрахннон) образует с гидроксидом алюминия ярко-красное соединение, так называемый алюминиевый лак. Это одна из наиболее чувствительных реакций на ион А1 3+ . Ионы Сг 3+ и Zn 2+ мешают проведению этой реакции. Эту реакцию можно проводить полумикрометодом или капельным методом.
Выполнение реакции . На лист фильтровальной бумаги наносят 1-2 капли раствора соли алюминия. Бумагу держат 1-2 минуты в парах аммония — над склянкой с концентрированным раствором аммиака. Пары аммиака, соприкасаясь с влажным пятном, образуют на бумаге гидроксид алюминия. На пятно наносят каплю ализарина и снова держат бумагу в парах аммиака. Пятно вначале окрасится в фиолетовый цвет. Бумагу подсушивают, наносят 1-2 капли уксусной кислоты и снова подсушивают. Пятно становится розово- красным.
Аналитическая химия. Катионы 4 аналитической группы
Общая характеристика катионов четвертой аналитической группы
Групповым реагентом на катионы 4-ой группы являются щелочи, при взаимодействии с которыми образуются осадки гидроксидов, растворимые в избытке реактива. Осадки растворяются в избытке реактива, т.к. ионы обладают амфотерными свойствами.
Гидроксиды катионов также растворяются в кислотах, образуя соли катионов с анионами кислот.
Катионы алюминия и цинка в растворах имеют постоянную ст. окисления, остальные переменную и в зависимости от нее проявляют свойства окислителей или восстановителей.
Применение в медицине и фармации солей катионов 4-ой аналитической группы
Сульфат цинка применяют как антисептическое и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах, в виде растворов для смазывания и спринцеваний при заболеваниях горла, мочеполовых путей. Оксид цинка входит в состав присыпок, мазей, паст, используемых для лечения кожных заболеваний, т.к. оказывает вяжущее, подсушивающее и дезинфицирующее действие. Гидроксид алюминия находит применение внутрь при гиперацидных гастритах, язве желудка, двенадцатиперстной кишки – как антацидное средство: при отравлениях – как адсорбирующее средство; как наружное средство в присыпках, обладающее обволакивающими свойствами. Входит в состав препарата «Альмагель», применяемого при заболеваниях жкт.
Силикат алюминия входит в состав белой глины, применяемой в виде присыпок, паст и мазей.
Квасцы (сульфат калия-алюминия) в растворах применяют наружно, как вяжущее антисептическое и противовоспалительное средство; в виде карандашей – как кровоосстанавливающее средство и для прижиганий.
Гидроарсенит натрия, арсенит калия и оксид мышьяка (3) применяют при малокровии, истощении, неврастении как общеукрепляющее, тонизирующее средство, стимулирующее кроветворение.
Арсенат натрия применяют в виде инъекций, арсенит калия – внутрь в каплях, оксид мышьяка(3) – внутрь в пилюлях. Оксид мышьяка (3) – используется в зубоврачебной практике как некротизирующее средство. Все препараты мышьяка – ядовиты.
Читайте также: Распределение электронов по энергетическим уровням для атома алюминия это
Действие группового реактива
Катионы 4-ой ан. группы осаждаются из растворов едкими щелочами, осадки растворяются в избытке реактива. Едкие щелочи являются групповыми реагентами на катионы 4-ой ан.группы. При осаждении едкими щелочами образуются осадки гидроксидов катионов 4-ой группы, кроме мышьяка:
AlCl 3 +3 NaOH → Al ( OH ) 3 ↓+3 NaCl
CrCl 3 +3 NaOH → Cr ( OH ) 3 ↓+3 NaCl
ZnCl 2 +2 NaOH → Zn ( OH ) 2 ↓+2 NaCl
SnCl 2 +2 NaOH → Sn ( OH ) 2 ↓+2 NaCl
SnCl 4 +4 NaOH +2 H 2 O → H 2 [ Sn ( OH ) 6 ]↓+6 NaCl
Осадки гидроксидов проявляют амфотерные свойства и растворяются в избытке щелочи, образуя соли соответствующих кислот:
Al ( OH ) 3 + NaOH → NaAlO 2 +2 H 2 O
Cr ( OH ) 3 + NaOH → NaCrO 2 +2 H 2 O
При растворении гидроксидов в кислотах образуются соли катионов4-ой группы:
Cr ( OH ) 3 + 3 HCl → CrCl 3 +3 H 2 O
Zn ( OH ) 2 + 2 HCl → ZnCl 2 +2 H 2 O
Sn ( OH ) 2 + 2 HCl → SnCl 2 +2 H 2 O
В случае осаждения Sn 4+ при осаждении едкими щелочами и растворении осадка в избытке щелочей образуется комплексное соединение – гексагидроксо(4) станнат водорода и его соли, которое при растворении в соляной кислоте образует — гексахлоро(4) станнат водорода. Катионы As (3) и As (5) при взаимодействии со щелочами образуют растворимые в воде соли мышьяковистой и мышьяковой кислот:
В сильнокислой среде соли мышьяковистой и мышьяковой кислот образуют соли соответствующих катионов As (3) и As (5) :
Поэтому в сильнокислых растворах легко обнаруживаются катионы As (3) и As (5)
Карбонаты щелочных металлов осаждают катион цинка в виде основной соли:
2 Zn 2+ +3 CO 3 2- +2 H 2 O → Zn 2 ( OH ) 2 CO 3 ↓+2 HCO 3 — , которая растворима в аммиаке и кислотах.
Катионы алюминия, хрома, олова (2) и (4) сопровождаются карбонатами вследствие гидролиза в виде гидроксидов:
Реакция с гидроксидом аммония:
Образуется белый осадок, нерастворимый в избытке реактива, но растворимый в щелочах и кислотах. Из алюминатов гидроксид алюминия аммиаком не осаждается.
Реакция с ализарином (стр. 132)
В аммиачной среде образуется ярко-красное комплексное соединение ализаринат алюминия «алюминиевый лак». Реакция проводится на бумаге. Катионы хрома, цинка и олва (2) мешают проведению реакции.
Реакция с алюминоном ( стр . 133)
Аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты (алюминон) образует с катионом алюминия комплексное соединение красного цвета.
Реакция с нитратом кобальта:
Реакция проводится на фильтровальной бумаге, которая смачивается раствором соли алюминия, азотной кислотой, подсушивается и после смачивания разбавленным раствором нитрата кобальта сжигается. Полученный пепел окрашен в синий цвет вследствие образования алюмината кобальта – тенаровой сини. Проведению реакции мешают цинк, хром, медь(2), никель (2).
Реакция с гидроксидом аммония:
Раствор гидроксида аммония осаждает серо-зеленый осадок гидроксида хрома, который растворяется в избытке реактива с образованием комплексного соединения гидроксида гексаммина хрома.
При действии окислителей, например, пероксида водорода, хлора, перманганата калия на катион хрома (3) образуются соли хромовой и дихромовой кислоты. Хроматы желтого цвета образуются в щелочной среде:
Дихроматы, имеющие оранжевый цвет, образуются при воздействии окислителей в кислой среде:
При большом избытке перманганата калия может образовываться бурый осадок дигидроксида оксида марганца (4):
При окислении Cr 3+ с персульфатом аммония в кислой среде образуется дихромат ион:
Реакция проходит хорошо в присутствии катализатора – нитрата серебра. При воздействии на образовавшийся дихромат-ион пероксидом водорода образуется пероксид хрома или надхромовая кислота:
Если к реакционной смеси добавить смесь изоамилового спирта с эфиром и взболтать, то верхний слой окрашивается в синий цвет вследствие перехода в спиртоэфирный слой пероксида хрома (надхромовой кислоты). Реакция очень чувствительна и специфична.
Читайте также: Конференции по алюминию 2021
Реакция с гидроксидом аммония:
Раствор гидроксида аммония осаждает белый осадок гидроксида цинка, который растворяется в избытке реактива с образованием комплексного соединения гидроксида тетраминцинка.
Реакция с гексациано(2) ферратом калия (желтой кровяной солью):
При взаимодействии солей цинка с гексациано(2) ферратом калия образуется белый осадок гексациано(2) феррата калия и цинка. Реакция позволяет отличить катион алюминия от цинка.
Реакция с дитизоном (стр. 135)
При добавлении хлороформного раствора дитизона к водному раствору соли цинка образуется дитизонат цинка, окрашивающий в щелочной среде хлороформный и водный слои в красный цвет.
Реакция с нитратом кобальта:
После сжигания кусочка фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли цинка и нитрата кобальта образуется зола, окрашенная в зеленый цвет цинкатом кобальта (зелень Ринмана).
Реакции катионов олова Sn 2+
Реакции восстановления солей висмута и ртути:
В щелочной среде соли олова восстанавливают катионы висмута и ртути до металлических висмута и ртути. Образуются темные осадки.
Реакция с сероводородной кислотой:
Образуется темно-коричневый осадок сульфида олова
Реакции катионов олова Sn 4+
Реакция восстановления олова (4):
Mg+[SnCl 6 ] 2- → Mg 2+ +Sn 2+ +6Cl —
Fe+[SnCl 6 ] 2- → Fe 2+ +Sn 2+ +6Cl —
В кислой среде олово(4) восстанавливается металлическим магнием и металлическим железом при нагревании до олова(2). Олово (2) в реакционной смеси открывается по реакции восстановления солей висмута и ртути.
Реакция с сероводородной кислотой:
Образуется желтый осадок сульфида олова, растворимый в концентрировнной соляной кислоте.
В слабощелочной среде арсенит натрия окисляется свободным йодом до арсената натрия. Другой стороны йодид-ион в кислой среде окисляется арсенат-ионами до свободного йода.Происходит обесцвечивание раствора вследствие перехода элементарного йода в йодид-ион. С
Образование свободного йода легко установить по окрашиванию раствора в присутствии крахмала в синий цвет.
Реакция восстановления водородом (реакция Гутцайта)
В момент выделения водород восстанавливает ионы мышьяка в асин (мышьяковистый водород):
Арсин летуч и легко определяется по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором нитрата серебра:
Водород при проведении опыта получают с помощью взаимодействия кислот с цинком или щелочей с алюминием:
Al + NaOH + H 2 O → NaAlO 2 + 3H
Анализ смеси катионов четвертой аналитической группы
В растворе солей катионов 4 аналитической группы сначала открывают катионы мышьяка восстановлением его водородом. Затем обнаруживают катионы олова раствором соли трехвалентного висмута в сильнощелочной среде. После открытия катионов мышьяка и олова прибавляют немного пероксида водорода и 20% раствора щелочи до полного растворения первоначального выпавшего осадка и нагревают, добавляя небольшими порциями пероксид водорода. Для отделения алюминия и олова добавляют небольшими порциями кристаллический сульфат аммония до получения слабощелочной реакции. Выпавший осадок гидроксидов алюминия и олова центрифугируют, промывают и растворяют в соляной кислоте. В одной части полученного раствора открывают катионы алюминия реакцией с ализарином, во второй- катионы олова (4), предварительно восстанавливая до катионов олова (2) железными опилками, которые обнаруживают с раствором соли висмута (3) в присутствии гидроксида натрия. Катионы олова (4) также можно обнаружить реакцией с сероводородом.
В фильтрате после отделения катионов алюминия и олова открывают катионы мышьяка, хрома и цинка. В части раствора реакцией восстановления до арсина обнаруживают катионы мышьяка. Катионы хрома открывают в кислой среде реакцией с пероксидом водорода с последующим прибавлением эфира. Часть раствора подкисляют и открывают цинк реакцией с дитизоном и цианоферратом.
- Свежие записи
- Укладываем художественный паркет самостоятельно
- Как лучше всего защитить стены из газоблока от разрушения в первую зиму после строительства дома
- Арболит, он же — опилкобетон
- Особенности звукоизоляции помещений
- Глина с опилками – самый лучший и дешевый способ утепления бетонных стен дома