ЗАНЯТТЯ № 1

Методична вказівка

до практичних занять для студентів фармацевтичного факультету спеціальності „Фармація”

 

ЗАНЯТТЯ № 1 (практичне – 6 годин)

 

ТЕМА: Перша група катіонів (кислотно-основна класифікація катіонів). Теорія сильних електролітів. Правила роботи і техніка безпеки в лабораторії аналітичної хімії. Апаратура і техніка проведення якісного напівмікроаналізу. Кислотно-основна класифікація катіонів.

МЕТА: Ознайомитися з правилами роботи і техніки безпеки в лабораторії аналітичної хімії, апаратурою і основними прийомами якісного напівмікроаналізу. Вивчити класифікацію катіонів на групи. Вивчити характерні реакції катіонів: Na⁺, K⁺, NH₄⁺ і умови їх виконання.

 

ПРОФЕСІЙНА ОРІЄНТАЦІЯ СТУДЕНТІВ

 Аналітична хімія посідає одне з найважливіших місць у фаховій освіті провізора. Як наука вона складається з якісного та кількісного аналізу. Якісний аналіз можна виконувати різними способами. Нормативно-аналітична документація на субстанції і лікарські засоби містять обов’язковий тест “Тотожність”. Він передбачає проведення якісних реакцій на катіони, аніони або певні функціональні групи, що присутні в молекулі органічної речовини. Тому вивчення якісних реакцій, набуття техніки їх проведення – першочергова ланка освіти майбутнього провізора.

Катіони І аналітичної групи – К⁺, Na⁺, NH входять до складу лікарських препаратів у різних готових формах. Провізор–аналітик повинен вміти виконати аналіз для підтвердження якісного складу препарату.

 

ПРОГРАМА САМОПІДГОТОВКИ

1.                Правила роботи і техніка безпеки в аналітичній лабораторії.

2.                Основні поняття хімічного аналізу: специфічні і селективні реакції, хімічний реагент і вимоги до нього, чутливість хімічної реакції (визначуваний мінімум, мінімальна концентрація, граничне розведення).

3.                Способи виконання аналітичних реакцій за кількістю досліджуваної проби.

4.                Техніка виконання найважливіших операцій напівмікроаналізу: нагрівання, випаровування, осадження, центрифугування,  фільтрування, промивання осаду.

5.                Якісний аналіз: дробний і систематичний.

6.                Типи класифікацій катіонів.

7.                Способи класифікації катіонів.

8.                Кислотно-основна класифікація. Якісні реакції катіонів І аналітичної групи.

9.                Основні положення теорії сильних електролітів: іонна сила розчину, активність, концентрація, коефіцієнт активності іона та середній коефіцієнт активності.

10.Закон діючих мас, його застосування в аналітичній хімії.

11.Константи рівноваги: термодинамічна, концентраційна, умовна.

 

ЗРАЗКИ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ ТА СИТУАЦІЙНИХ ЗАДАЧ

1. В результаті реакції амоній-іонів з натрій гексанітрокобальтатом (ІІІ) утворюється осад, склад якого:

A. (NH₄)₂Na[Co(NO₂)].

B. (NH₄)₂Na[Co(NO₃)₆].

C.  (NH₄)Na[Co(NO)₆].

D.  (NH₄)Na[Co(NO₂)₆].

E.  (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆].

2. В результаті взаємодії амоній-іонів у невеликій кількості (слідів) з реактивом Неслера, розчин набуває …. забарвлення:

A. Залишиться прозорим.

B. Чорного.

C. Жовтого.

D. Коричневого.

E. Червоного.

3. Фармакопейною реакцією виявлення іонів калію є реакція з натрій гідрогентартратом, в результаті якої утворюється осад …. кольору:

A. Чорного.

B. Білого.

C. Сірого.

D. Голубого.

E. Зеленого.

1.     Розрахувати молярну і молярну концентрацію еквівалента розчину сульфатної кислоти, якщо він містить 5,88 г H₂SO₄ в 300 мл розчину.

2.     Скільки грамів Калій гідроксиду міститься в 200 мл його розчину з молярною концентрацією еквівалента 0,1 моль/л?

3.     Скільки грамів іонів SOміститься в 1л розчину з концентрацією сульфат-іона 0,2 моль/л?

4.     При мікрокристалоскопічному виявленні Са²⁺ у вигляді СаС₂О₄ реакція вдається вже з 0,001 мл розчину CaCl₂ з молярною концентрацією еквівалента 0,002 моль/л. Розрахувати визначуваний мінімум для даної реакції.

5.     Граничне розведення для реакції К⁺ з розчином NaHC₄H₄O₆ (утворення осаду KHC₄H₄O₆) рівне 1:1000. Чому рівна найменша молярна концентрація еквівалента розчину KCl, при якій К⁺ може бути виявлений даною реакцією?

6.     Розрахуйте активність іонів Калію і сульфат-іону в розчині Калій сульфату з концентрацією 0,1 моль/л.

7.     Розрахуйте середній коефіцієнт активності Натрій гідроксиду в розчині з концентрацією 0,1 моль/л і порівняйте його з експериментально знайденою величиною 0.764. Розрахуйте реальну константу дисоціації ацетатної кислоти в 0,100 моль/л розчині Калій хлориду.

 

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ НА ТЕСТИ І СИТУАЦІЙНІ ЗАДАЧІ

Тести: 1. Е., 2. С., 3. В.

Задачі: 1.  , 2. , 3. , 4. , 5. , 6. , 7. .

 

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ:

 Основні: 1. Кузьма Ю., Ломницька Я., Чабан Н. Аналітична хімія: Навчальний посібник з теоретичних основ аналітичної хімії. – Львів: Видавн. Центр Львівського національного університету імені Івана Франка. – 2001. – С. 5-18.

2. Гайдукевич О.М., Болотов В.В., Сич Ю.В. та ін. Аналітична хімія. – Х.: Основа. – 2000. – С. 5-33.

3.http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/pharma_2/classes_stud/аналітична хімія/2 курс/українська/фармація/01 перша група катіонів. теорія сильних електролітів.

 

Додаткові: 1. Жаровський Ф.Г., Пилипенко А.Т., П’ятницький І.В. Аналітична хімія. – К.: Вища школа. – 1982. – С. 20-41.

              2. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Т.1 – М.: Химия, 1976. – С. 13-18, 28-37, 109-113, 141-143, 161-168, 171-172.

3. Основы аналитической химии / Под ред. Ю.А. Золотова, Кн. 1. – М.: Высш. шк. – 2002. – С. 4-30.

4. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). Кн.1. – М.: Высш. шк. – 2001. – С. 6-22, 32-84, 288-295, 301-305, 320-326, 344-353.

5. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. Кн. 1. – М.: Высш. шк. – 1982. – С. 7-10, 149-167, 180-198.

6. Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. – М.:  Химия. – 1972. – С. 9-32, 39-61, 121-147.

7. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. – М.: Дрофа. – 2005. – С. 5-18.

 

МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ

До найважливіших операцій напівмікроаналізу належить: нагрівання, випаровування, осадження, центрифугування, фільтрування, промивання осаду.

Нагрівання. Як відомо, багато реакцій відбувається при нагріванні. Нагріти розчини, які поміщені в маленькі пробірки, безпосередньо на відкритому полум’ї не можна оскільки рідина практично завжди буде викинута парою. Тому їх нагрівають, поміщаючи пробірку на водяну баню, тобто в посудину з киплячою водою.

Випаровування. Випаровування розчинів з метою концентрування або повного видалення води проводять у фарфорових чашках. Найбільш безпечно цю операцію виконувати на водяній або пісочній бані.

Осадження. В якісному аналізі осадження часто проводять у цетрифужних пробірках. В пробірку поміщають необхідну кількість крапель досліджуваного розчину і, якщо потрібно нагрівають на водяній бані, після чого піпеткою додають вказане число крапель реактиву. В зв’язку з тим, що в маленьких пробірках, які застосовують в напівмікроаналізі, розчини перемішуються погано, необхідно одразу ж після їх зливання перемішати вміст пробірки скляною паличкою. Ще краще перемішувати після додавання кожної краплі реактиву. Це сприяє більш повільному росту кристалів осаду, які тоді формуються крупними, краще відокремлюються від розчину при центрифугуванні, і маючи меншу поверхню, менше адсорбують сторонні речовини з розчину.

Якщо осад, який випав, може утворювати колоїдний розчин, то для кращої коагуляції корисно після додавання реагенту ще декілька хвилин нагрівати вміст пробірки на водяній бані.

При розділенні іонів осадженням обов’язковою є перевірка повноти осадження. Пробу на повноту осадження проводять так: відцентригувавши осад, що утворився при реакції, додають до прозорого розчину, який міститься над осадом, ще краплю реагенту, яким велося осадження. Якщо розчин залишається прозорим, це означає, що відокремлюваний іон осаджений повністю. Якщо ж ні, то до розчину додають ще декілька крапель реагенту, перемішують, нагрівають і, якщо необхідно, центрифугують, після чого знову повторюють пробу на повноту осадження.

Центрифугування. В напівмікроаналізі найчастіше осад відділяють центрифугуванням. Воно базується на пришвидшенні осідання частинок твердої фази під впливом відцентрових сил, які розвиваються при швидкому обертанні центрифуги. Частинки осаду збираються у вигляді компактного шару в звуженому кінці пробірки, і розчин (центрифугат) стає прозорим.

Фільтрування. Центрифугування не завжди приводить до бажаних результатів  і тоді необхідне фільтрування. Фільтрування можна проводити по-різному.

1. Смужку фільтрувального паперу шириною близько 0,5 см і довжиною 1-1,5 см складають вчетверо і, змочивши краплиною води, поміщають на годинникове скло біля рідини з осадом. На цю смужку ставлять під прямим кутом кінчик піпетки з рівними краями, злегка натискають ним на папір і, зсунувши смужку в рідину, засмоктують її в піпетку.

2. Фільтрування через лійку (можливо під вакуумом).

Промивання осаду. Осад після відокремлення розчину містить іони, які знаходяться в розчині. Щоб досягти повного розділення, осад необхідно промити; промивають його як звичайно у тій же пробірці, в якій проводилося осадження. Для цього до осаду, відділеного від центрифугату, додають 1-1,5 мл дистильованої води (або якої-небудь іншої промивної рідини) і перемішують скляною паличкою (обов’язково). Далі отриману суміш центрифугують, центрифугат видаляють піпеткою і відкидають. Часто вже після однократного промивання залишкова кількість домішок виявляється незначною і такою, що подальшим реакціям не заважає. В інших випадках має значення і невелика кількість домішок. Тоді цю операцію повторюють декілька разів. Після кожного промивання видаляють центрифугат як можна повніше і тільки після цього додають у пробірку нову порцію промивної рідини.

Якщо осад відділяли фільтруванням, то промивання проводять на фільтрі.

Промиванням осаду, особливо при роботі по напівмікрометоду, не слід нехтувати.

Головним завданням якісного хімічного аналізу катонів й аніонів є ідентифікація (відкриття) того чи іншого іона, тобто доказ його присутності або відсутності в аналізованому об’єкті. Найлегше це завдання можна було б виконати, якби для кожного іона була відома характерна реакція, що дозволяла б відкрити його в присутності інших іонів, тобто використати дробний метод аналізу. Однак таких реакцій відомо небагато. Зазвичай одночасно декілька іонів, а не один взаємодіють з аналітичним реагентом, даючи різні продукти реакцій, які заважають одночасній ідентифікації кожного іона окремо.

Широкого застосування в аналітичній хімії отримали групові реагенти, які використовуються при систематичному аналізі катіонів й аніонів. Груповий реагент дає подібні аналітичні ефекти (реакції) з цілою групою іонів. При систематичному ході аналізу катіонів спочатку, використовуючи групові реагенти з суміші, виділяють групи катіонів, після чого всередині кожної групи за допомогою тих чи інших реакцій розділяють і відкривають індивідуальні катіони.

В зв’язку із застосуванням різних групових реагентів сформувались і різні аналітичні класифікації катіонів по групах або різні хімічні методи якісного аналізу катіонів: сірководневий (сульфідний), аміачно-фосфатний, кислотно-основний, карбонатний, біфталатний, сульфідно-основний, тіоацетамідний. Найбільш поширеними є три аналітичні класифікації катіонів по групах: сірководнева (сульфідна), аміачно-фосфатна (або фосфатно-аміачна) і кислотно-основна.

         Найбільш детально розроблена сульфідна класифікація, яка була створена ще в XIX ст. Довгий час вона застосовувалась повсюдно. Лише в другій половині XIX ст. вона стала поступово витіснятися іншими, які не застосовують токсичний сірководень. У сірководневій класифікації застосовують чотири групові реагенти: розчин хлоридної кислоти, розчин сірководню, розчин амоній сульфіду, розчин амоній карбонату. Катіони за цією класифікацією поділяють на п’ять аналітичних груп (див. табл.), в залежності від розчинності їхніх хлоридів, сульфідів і карбонатів.

Згідно аміачно-фосфатної класифікації всі катіони поділяють також на п’ять аналітичних груп (див. табл.), а в якості групових реагентів застосовують: амоній гідроген фосфат в присутності аміаку, водний розчин аміаку, нітратну кислоту і хлоридну кислоту. Розділення катіонів на групи базується на різній розчинності фосфатів, хлоридів, утворенні нерозчинних кислот та міцних аміачних комплексів. Великою перевагою цієї класифікації є низька розчинність фосфатів, що забезпечує повноту розділення катіонів на групи.

Кислотно-основна класифікація катіонів по групах базується на використанні в якості групових реагентів водних розчинів кислот і основ – хлоридної кислоти, сульфатної кислоти, гідроксидів калію або натрію і аміаку (див. табл.). Ця класифікація найменш розроблена, великим її недоліком є порівняно висока розчинність сульфатів, що змушує застосовувати етанол для зниження розчинності і забезпечення кращого розділення. В межах цієї класифікації всі катіони поділяють на шість аналітичних груп. Повна схема систематичного аналізу катіонів за цією класифікацією (як і за будь-якою іншою) практично ніколи не застосовується при контролі якості лікарських засобів і лікарської сировини (субстанцій), однак окремі елементи її використовуються у фармацевтичному аналізі.

 

ПЕРША АНАЛІТИЧНА ГРУПА КАТІОНІВ

(K⁺, Na⁺, NH)

Майже усі солі Калію, Натрію та амонію добре розчинні у воді. Тому катіони K⁺, Na⁺, NH₄⁺ не мають загального реагенту, здатного одночасно осадити їх у вигляді нерозчинних у воді сполук. Цим перша група катіонів відрізняється від інших груп.

Усі солі катіонів першої групи безбарвні, а їхні сполуки можуть забарвитися, лише з’єднуючись із забарвленими аніонами (наприклад, CrO₄^2–, Cr₂O₇^2–, MnO₄^–, тощо). Солі Калію і Натрію стійкі під час нагрівання і прожарювання; солі амонію за таких умов легко розкладаються, особливо це стосується солей летких кислот (HCl, HNO₃, H₂CO₃ та ін.).

Характерні реакції іонів K⁺

Натрій гексанітрокобальтат (III) Na₃[Co(NO₂)₆] (фармакопейна реакція). Ця комплексна сполука у нейтральному або ацетатнокислому середовищі утворює з іонами K⁺ важкорозчинний жовтий кристалічний осад подвійної солі K₂Na[Co(NO₂)₆]:

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- = K₂Na[Co(NO₂)₆]¯.

Луги заважають перебігу реакції, тому що розкладають реагент, у результаті чого виділяється темно-бурий осад Co(OH)₃:

[Co(NO₂)₆]^3– + 3OH^– = Co(OH)₃¯ + 6NO₂^–.

Якщо є сильні кислоти, комплексний аніон теж розкладається:

[Co(NO₂)₆]^3– + 6H⁺ = Co³⁺ + 6HNO₂.

Слід пам’ятати, що Na₃[Co(NO₂)₆] розкладається під час зберігання, причому буре забарвлення змінюється на рожеве (колір іонів Co²⁺), і такий реагент є непридатний для виявлення іонів K⁺.

Аналітичні класифікації катіонів.

 

Іони NH₄⁺ заважають виявленню іонів K⁺, оскільки з Na₃[Co(NO₂)₆] утворюють осад, подібний за кольором до осаду, що утворюється за наявності Калію.

Виконання реакції. До краплі досліджуваного розчину (pH 5-7) додають 2-3 краплі розчину Na₃[Co(NO₂)₆]. Якщо реакція розчину є кислою, то необхідно додати Натрій ацетат для зв’язування іонів H⁺. Якщо є іони K⁺, то утворюється жовтий осад.

Натрій гідротартрат NaHC₄H₄O₆ (фармакопейна реакція). Ця сполука з іонами Калію в нейтральному середовищі утворює білий кристалічний осад Калій гідротартрату:

K⁺ + HC₄H₄O₆ ^– ® KHC₄H₄O₆¯.

         Осад розчинний у мінеральних кислотах і лугах. Нагрівання підвищує розчинність, тому осадженню осаду сприяє охолодження досліджуваного розчину. При проведенні даної реакції може утворюватися пересичений розчин, внаслідок чого не випадатиме осад. Потирання внутрішньої стінки пробірки скляною паличкою прискорює випадання осаду  KHC₄H₄O₆.

ДФУ проводять дану реакцію з тартратною кислотою в присутності Натрій ацетату.

Виконання реакції. До 3-4 крапель досліджуваного розчину додають 3-4 краплі розчину NaHC₄H₄O₆ і потирають внутрішні стінки пробірки скляною паличкою.  Якщо реакція розчину є кислою, то необхідно додати Натрій ацетат для зв’язування іонів H⁺. Якщо є іони К⁺, то утворюється білий осад.

Мікрокристалоскопічна реакція. Іони K⁺ із реагентом Na₂PbCu(NO₂)₆ утворюють чорні кристали кубічної форми:

2K⁺ + PbCu(NO₂)₆^2– ® K₂PbCu(NO₂)₆¯.

Реакція повинна перебігати в нейтральному середовищі; її проведенню заважають іони NH₄⁺.

Виконання реакції. Краплю досліджуваного розчину наносять на предметне скло і випаровують на водяній бані. Після випаровування до сухого залишку та охолодження скельця, додають краплю реактиву. Якщо є іони K⁺, то утворюються чітко виражені кристали кубічної форми чорного або коричневого кольору (рис. 1).

Реакція забарвлення полум’я (фармакопейна реакція). Солі Калію забарвлюють полум’я у блідо-фіолетовий колір.

Виконання реакції. Платинову або ніхромову дротинку змочують розчином HCl і прожарюють у полум’ї, доки не зникне забарвлення. Цю операцію виконують кілька разів, щоб дротинка стала чистою (не забарвлювала безбарвного полум’я). Чисту розжарену дротинку (або графітовий стержень) занурюють у досліджувану речовину і поміщають у полум’я. Якщо є іони Калію, то полум’я забарвлюється у блідо-фіолетовий колір.

Характерні реакції іонів Na⁺

Калій гексагідроксостибат(V) К[Sb(OH)₆] (фармакопейна реакція). Ця комплексна сполука з концентрованими розчинами солей Натрію в нейтральному або слабко лужному середовищі утворює білий дрібнокристалічний осад:

Na⁺ + [Sb(OH)₆]^–  ® Na[Sb(OH)₆] ¯.

         Утворенню осаду сприяє охолодження розчину і потирання внутрішніх стінок пробірки скляною паличкою. В сильно лужному середовищі осад не утворюється. В кислому середовищі реагент розкладається з утворенням метастибіатної кислоти HSbO₃:

[Sb(OH)₆]^– + H⁺ ® H[Sb(OH)₆],

H[Sb(OH)₆] ® HSbO₃¯ + 3H₂O.

В розбавлених розчинах осад взагалі може не випадати.

У присутності нітрат-іонів випадання осаду сповільнюється. Заважають іони NH₄⁺, Mg²⁺, Li⁺.

Виконання реакції. До 3-4 крапель досліджуваного розчину додають 3-4 краплі розчину реагенту, внутрішні стінки пробірки потирають скляною паличкою. Якщо реакція розчину є кислою, то необхідно додати Калій ацетат для зв’язування іонів H⁺. Якщо є іони Na⁺, то утворюється білий осад.

Мікрокристалоскопічна реакція з цинк-ураніл-ацетатом Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈. Іони Na⁺ у нейтральному або ацетатнокислому середовищі з Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ утворюють світло-жовті кристали октаедричної або тетраедричної форми:

Na⁺ + Zn(UO₂)₃ × (CH₃COO)₈ + CH₃COO^– + 9H₂O ® NaZn(UO₂)₃ × (CH₃COO)₉ × 9H₂O¯.

Цією реакцією можна виявити іони Na⁺ за наявності великого надлишку іонів K⁺, NH₄⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Ba²⁺, Al³⁺, Cr³⁺,  Fe³⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺.

Перебігу реакції заважають іони Ag⁺, Hg₂²⁺, Sb (III), PO₄^3–, AsO₄^3–.

Виконання реакції. Краплину досліджуваного розчину на предметному склі обережно випаровують насухо. Після охолодження на скло, поряд з сухим залишком, наносять краплину розчину реактиву і скляною паличкою перемішують його з сухим залишком. Якщо є іони Na⁺, то утворюються світло-жовті кристали у формі октаедрів або тетраедрів (рис. 2).

Реакція забарвлення полум’я (фармакопейна реакція). Леткі солі Натрію забарвлюють полум’я пальника у жовтий колір.

Виконання реакції. Див.  виконання реакції забарвлення полум’я при виявленні іонів Калію.

Метоксифенілацетатна кислота (фармакопейна реакція) у присутності тетраметиламоній гідроксиду з іонами Натрію утворює білий кристалічний осад:

Виконання реакції. До 5-6 крапель досліджуваного розчину додають 10-12 крапель реактиву метоксифенілацетатної кислоти (розчин метоксифенілацетатної кислоти в розчині тетраметиламоній гідроксиду і етанолі), охолоджують в льодяній воді. Якщо у розчині присутні іони Натрію випадає об’ємний білий кристалічний осад. Утворений осад добре розчиняється в 10 % розчині аміаку і при додаванні розчину амонію карбонату не утворюється знову.

Характерні реакції іонів NH₄⁺

Їдкі луги (NaOH або KOH) (фармакопейна реакція) під час нагрівання з розчинами солей амонію виділяють аміак:

NH₄⁺ + OH^– = NH₃­ +H₂O.

Аміак, що виділяється, виявляють за запахом або хімічними реакціями. Змочений водою фенолфталеїновий папірець, піднесений до пробірки, у якій перебігає реакція, червоніє, оскільки аміак розчиняється у воді і розчин на паперці набуває лужної реакції. За вимогами ДФУ слід використовувати змочений водою лакмусовий папірець, який повинен посиніти.

Виконання реакції. У тиглик (або пробірку) поміщають 3-5 крапель досліджуваного розчину і стільки ж крапель їдкого лугу. Зверху на тиглик (або пробірку) кладуть предметне скло зі змоченим фенолфталеїновим папірцем і суміш підігрівають. Слід стежити, щоб краплі розчину не потрапляли на папір. Якщо є іони амонію, то фенолфталеїновий папірець червоніє.

Калій тетрайодомеркурат (II) K₂[HgI₄] у KOH (реактив Неслера) з іонами NH₄⁺ утворює аморфний червоно-бурий осад :

NH₄⁺ + 2[HgI₄]^2– + 4OH^– = [NH₂Hg₂O]I¯ + 7I^– + 3H₂O.

Інколи осаду приписують формулу [NH₂Hg₂І₂]I, тобто при взаємодії іонів амонію з реактивом Неслера

можливе утворення таких сполук:

 

 

 

 

 

Інші катіони першої аналітичної групи не заважають виявленню іонів NH₄⁺ реактивом Неслера. Однак цю реакцію можна виконувати, якщо у розчині немає катіонів, що з лугами утворюють нерозчинні у воді гідроксиди або реагують із I^–-іоном. Проведенню реакції заважають такі іони, як Fe³⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Ag⁺, Pb²⁺, As (V) та інші (самі утворюють з лугами осади або розкладають реактив).

Реакція чутлива. Її виконують з метою виявлення дуже малих кількостей (“слідів”) солей амонію або аміаку. Тоді розчин забарвлюється у жовтий колір.

Виконання реакції. До 1-2 крапель досліджуваного розчину додають стільки ж реактиву Неслера. Якщо є NH₄⁺-іони, то залежно від їхньої концентрації утворюється червоно-бурий осад або розчин забарвлюється у жовтий колір.

Натрій гексанітрокобальтат (III) Na₃[Co(NO₂)₆] (фармакопейна реакція). В нейтральному і ацетатнокислому середовищі цей реактив утворює з іонами NH₄⁺ важкорозчинний жовтий осад подвійної солі:

2 NH₄⁺  + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- = (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆]¯.

Виконання реакції. До 2-3 крапель досліджуваного розчину (pH 5-7) додають 3-4 краплі розчину Na₃[Co(NO₂)₆]. Якщо є іони NH₄⁺, то утворюється жовтий осад.

Термічний розклад солей амонію. Амонійні солі летких кислот під час нагрівання розкладаються повністю:

(NH₄)₂CO₃ = 2NH₃­ + CO₂­ + H₂O;

NH₄Cl = NH₃­ + HCl.

Солі, утворені нелеткими кислотами, розкладаються тільки частково:

(NH₄)₂SO₄ = NH₃­ + NH₄HSO₄.

Окремі солі амонію і нелетких кислот розкладаються під час нагрівання за такими реакціями:

(NH₄)₃PO₄ = 3NH₃­ + H₃PO₄;

H₃PO₄ = HPO₃ + H₂O;

2MgNH₄PO₄ = Mg₂P₂O₇ + 2NH₃­ + H₂O.

Виконання реакції. Фарфорову чашку або тигель із досліджуваною рідиною ставлять на піщану баню і, обережно нагріваючи, випаровують розчин. Одержаний залишок повільно прожарюють і після охолодження розчиняють у декількох краплинах дистильованої води. В окремій порції розчину перевіряють повноту видалення солей амонію реактивом Неслера.

Кип’ятіння розчинів солей амонію з лугами або з Натрій карбонатом. Під дією їдких лугів, Калій або Натрій карбонатів солі амонію розкладаються із виділенням газоподібного аміаку. Нагрівання прискорює цю реакцію:

2NH₄Cl + Na₂CO₃ = 2NH₃­ + 2NaCl + H₂O + CO₂­.

Виконання реакції. У фарфорову чашку або тигель із досліджуваною рідиною додають розчин лугу або Калій чи Натрій карбонату, ставлять на піщану баню і нагрівають. Аміак, який виділяється виявляють за почервонінням змоченого водою і піднесеного до тигля фенолфталеїнового папірця. Слід стежити, щоб краплі розчину, який нагрівають, не потрапляли на піднесений папірець.

 

Систематичний хід аналізу

суміші катіонів першої аналітичної групи

У частині досліджуваного розчину реакціями з NaOH або реактивом Неслера виявляють іони NH₄⁺. Якщо немає NH₄⁺-іонів, то у двох окремих порціях виявляють іони K⁺ та Na⁺.

Якщо NH₄⁺-іони є, то у фарфоровий тигель наливають десять крапель досліджуваного розчину і випаровують його досуха, а потім залишок прожарюють до повного видалення солей амонію (перевірка з реактивом Неслера). До сухого залишку додають декілька крапель дистильованої води і в окремих порціях одержаного розчину виявляють іони K⁺ та Na⁺.

 

ВИХІДНИЙ РІВЕНЬ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

 

СТУДЕНТ ПОВИНЕН ЗНАТИ:

 

1.                Правила роботи і техніки безпеки в аналітичній лабораторії.

2.                Основні поняття якісного аналізу: специфічні і селективні реакції, чутливість реакції і її показники.

3.                Способи відкриття катіонів та аніонів.

4.                Способи виконання аналітичних реакцій.

5.                Техніку виконання найважливіших операцій напівмікроаналізу.

6.                Поділ катіонів на аналітичні групи за сульфідною, кислотно-основною і аміачно-фосфатною класифікацією.

7.                Характерні реакції катіонів І аналітичної групи та систематичний хід аналізу їх суміші.

8.                Основні положення теорії сильних електролітів.

 

СТУДЕНТ ПОВИНЕН ВМІТИ:

1.                Розраховувати концентрації розчинів і проводити перерахунки концентрації з одного способу вираження концентрації в інший.

2.                Проводити перерахунок показників чутливості реакцій, за експериментальними даними розраховувати чутливість реакцій.

3.                Виявляти в розчині катіони І аналітичної групи.

4.                Проводити систематичний аналіз катіонів І аналітичної групи.

5.                Розраховувати іонну силу розчину і коефіцієнти активності іонів в залежності від її значення, розраховувати активність іонів, рівноважні концентрації іонів в умовах протікання конкуруючих реакцій, реальні константи за термодинамічними константами.

 

Методичну вказівку склав                                         доц. Л.В. Вронська

 

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

 7 червня 2012 р. протокол № 17