Химический анализ вещества проводят в основном двумя способами: «сухим путем» — анализируют вещество, не растворяя его, и «мокрым путем» — сначала исследуемое вещество растворяют, а затем определяют его состав.
Для анализа сухим путем пользуются следующими методами:
1. Испытывают образец на окрашивание пламени. Если внести изучаемое вещество на платиновой или нихромовой проволоке в бесцветное пламя горелки, то происходит окрашивание пламени в определенный цвет: ярко-желтый (натрий), фиолетовый (калий), кирпично-красный (кальций), карминово-красный (стронций), желто-зеленый (медь или бор), бледно-голубой (свинец или мышьяк).
2. Получают окрашенные стекла (перлы), сплавляя небольшие количества анализируемого вещества с бурой (Na2B4O7 ∙ 10H2O) или дигидрофосфатом аммония (NH4H2PO4 ∙ 4H2O). Соли кобальта – синие перлы, соли хрома – зеленые.
3. Накаливают анализируемое вещество на угле паяльной трубкой, при этом ряд веществ образует окрашенные налеты. Свинец дает желтый налет, мышьяк – белый.
|
|
|
Анализируя вещество мокрым путем, предварительно растворяют его в воде, кислоте или растворе щелочи. Если оно не растворяется в этих растворителях, то его сплавляют с твердой щелочью или смесью карбоната натрия и карбоната калия, и полученный сплав растворяют в воде или кислоте.
Для проведения аналитических реакций в исследуемый раствор вводят те или иные реактивы, образующие с открываемым ионом характерный продукт взаимодействия. Такие реакции называются характерными реакциями данного иона или реакциями открытия (обнаружения) иона.
В качественном анализе используют реакции, в результате которых получают характерные осадки, окрашенные растворимые соединения, газообразные вещества. Например:
AgNO3 + NаCl = AgCl↓(белый творожистый осадок) + NаNO3
NH4Cl + KOH = NH3↑(запах) + H2O + KCl
MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓(белый осадок) + 2NaCl
Для идентификации с помощью образования труднорастворимых соединений используют как групповые, так и индивидуальные осадители. Групповыми осадителями для ионов Аg+, Рb2+, Нg2+ служит NаСl . для ионов Са2+, Sr2+, Ва2+ — (NН4)2СО3, для ионов А13+, Сг3+, Fе2+, Fе3+, Мn2+, Со2+, Ni2+, Zn2+ и др. – (NH4)2S.
Если присутствует несколько катионов, то проводят дробный анализ, при котором осаждаются все труднорастворимые соединения, а затем обнаруживаются оставшиеся катионы тем или иным методом, либо проводят ступенчатое добавление реагента, при котором сначала осаждаются соединения с наименьшим значением ПР, а затем соединения с более высоким значением ПР.
Любой катион можно идентифицировать с помощью определенной реакции, если удалить другие катионы, мешающие этой идентификации.
|
|
|
Табл. 1.10.1 Качественные реакции на некоторые катионы
| Катион | Воздействие или реактив | Наблюдаемая реакция |
| Li+ | Пламя | Карминово-красное окрашивание |
| Na+ | Пламя | Желтое окрашивание |
| К+ | Пламя | Фиолетовое окрашивание |
| Са2+ | Пламя | Кирпично-красное окрашивание |
| Sr2+ | Пламя | Карминово-красное окрашивание |
| Ва2+ | Пламя SО42- | Желто-зеленое окрашивание Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ва2+ + SО42- BaSО4 |
| Сu2+ | Вода | Гидратированные ионы Сu2+ имеют голубую окраску |
| РЬ2+ | S2- | Выпадение черного осадка: Pb2+ + S2- PbS  |
| Аg+ | Cl— | Выпадение белого осадка . не растворимого в HNO3, но растворимого в конц.NH3 ∙ Н20: Аg+ +Cl— AgCl  |
| Fe2+ | Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль), K3[Fe(CN)6] | Выпадение синего осадка: К++ Fe2+ + [Fe(CN)6]3- KFe[Fe(CN)6]4 |
| Fe3+ | 1) Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K4[Fe(CN)6] 2) Роданид-ион SCN— | Выпадение синего осадка: К+ + Fe3+ + [Fe(CN)6]4- KFe[Fe(CN)6]  Появление ярко-красного окрашивания за счет образования комплексных ионов Fe(SCN)2+, Fe(SCN)+2 |
| Al3+ | Щелочь (амфотерные свойства гидроксида) | Выпадение осадка гидроксида алюминия при приливании первых порций щелочи и его растворение при дальнейшем приливании |
| NH4+ | Щелочь, нагрев | Запах аммиака: NH4+ + ОН— NH3 + Н2О |
| Н+ | Индикаторы: лакмус, метиловый оранжевый | Красное окрашивание |
Анионы обычно классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам. Так многие анионы (SО42-,SО32-, СО32-, SiO32-, F—, РО43-, СrO42- и др.) имеют групповой реагент ВаС12 в нейтральной или слабокислой среде, так как соли бария и этих анионов мало растворимы в воде. Групповым реагентом в растворе НNО3 на ионы Сl—, Вг—, I—, SCN—, CN—, S2-, ClO—, [Fе(СN)6]4- и др. служит АgNO3.
Анионы можно обнаружить дробным анализом. Для этого групповой реагент ступенчато приливают к анализируемому раствору, первыми выпадают в осадок соединения с наименьшими значениями ПР. Отдельные ионы могут быть обнаружены с помощью тех или иных специфических реакций или реагентов. Например, при воздействии на анионы СО32- кислотой протекает реакция с выделением пузырьков диоксида углерода:
СО32- + 2Н+ ↔ Н2СО3 ↔ Н2О + СО2
Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы. Таким образом, химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение белого или окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.
Табл. 1.10.2 Качественные реакции на некоторые анионы
| Анион | Реактив | Наблюдаемая реакция |
| SО42- | Ва2+ | Выпадение белого осадка, нерастворимого в кислотах: Ва2+ + SО42- BaSО4 |
| NО3— | 1) добавить конц. H2SO4 и Сu, нагреть 2) смесь H2SО4 +FeSO4 | Образование голубого раствора, содержащего ионы Сu2+, выделение газа бурого цвета (NO2). Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) [Fe(H2О)5NO]2+. Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция «бурого кольца») |
| РО43- | ионы Ag+ | Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде: 3Аg+ + РО43- Аg3РО4 |
| СrO42- | ионы Ва2+ | Выпадение желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCl: Ва2+ + СrO42- BaCr04 |
| S2-, | ионы РЬ2+ | Выпадение черного осадка: Pb2+ + S2- PbS  |
| СО32- | ионы Са2+ | Выпадение белого осадка, растворимого в кислотах: Са2+ + С032- = СаСОз  |
| CO2 | известковая вода Са(ОН)2 | Са(ОН)2 + СО2 СаСО3 + Н2О, СаСО3 + СО2 + Н2О  Са(НСО3)2 Выпадение белого осадка и его растворение при пропускании СО2 |
| SO32- | ионы Н+ | Появление характерного запаха SО2: 2Н+ + SO32- Н2О + SО2 |
| F— | ионы Са2+ | Выпадение-белого осадка: Са2+ + 2F— CaF2 |
| Cl— | ионы Аg+ | Выпадение белого осадка, не растворимого в HNО3, но растворимого в конц. NH3 • Н2О: Аg+ +Cl— AgCl  AgCI + 2(NH3• Н2O)  [Ag(NH3)2]+ + CI— + 2Н2О |
| Br— | ионы Аg+ | Выпадение светло-желтого осадка, не растворимого в HN03: Ag+ + Br— = AgBr  (осадок темнеет на свету) |
| I— | ионы Аg+ | Выпадение желтого осадка, не растворимого в HNO3 и NH3 (конц.): Аg+ + I— АgI  (осадок темнеет на свету) |
| ОН— (щелочная среда) | индикаторы: лакмус, фенолфталеин | Cинее окрашивание Малиновое окрашивание |
Табл. 1.10.2 Качественные реакции на некоторые органические соединения
|
|
|
| Соединение | Реактив | Наблюдаемая реакция |
| Алканы CnH2n+2 | Горение | Низшие алканы горят голубоватым пламенем. |
| Алкены CnH2n, алкины CnH2n-2, алкадиены CnH2n-2 (кратные связи) | 1) Бромная вода 2) Р-р КМnO4 | Обесцвечивание раствора. Обесцвечивание раствора, выпадение бурого осадка МnO2. |
| Ацетилен C2H2 | Аммиачный раствор Ag2O (АgNO3+NH3) | Осадок ацетиленида серебра желтого цвета |
| Бензол C6H6 | 1) Нитрующая смесь HNO3+Н2SO4 2) Горение | Тяжелая жидкость светло-желтого цвета с запахом горького миндаля. Горит коптящим пламенем. |
| Толуол C6H5-CH3 | Р-р КМnO4 | Обесцвечивание раствора |
| Фенол C6H5-OH | 1) Бромная вода 2) Р-р Na2СО3 3) FeCl3 | Обесцвечивание, выпадение белого осадка трибромфенола. Выделение углекислого газа. Фиолетовое окрашивание. |
| Спирты (группа –ОН) | 1) Na 2) Горение 3) Черная горячая прокаленная медная проволока | Выделение водорода. Горят светлым голубоватым пламенем. Восстановление красной окраски у прокаленной горячей медной проволоки. |
| Многоатомные спирты (две и более группы –ОН), глюкоза C6H12O6 | СuSO4 + NaOH | Синее окрашивание с образованием глицератов меди. |
| Амины (группа –NH2) | 1) Лакмус 2) HHal | В водном растворе — синее окрашивание. Образуют соли с галогеноводородами — после выпаривания твердый осадок. |
| Анилин (C6H5— NH2) | 1) Бромная вода 2) HHal 3) Р-р хлорной извести СаОСl2 | Обесцвечивание бромной воды, выпадение осадка триброманилина. После упаривания твердый осадок — соль гидрогалогенида анилина. Окрашивание раствора в фиолетовый цвет |
| Альдегиды (группа –СОН) | 1) Аммиачный раствор Ag2O(АgNO3+NH3) 2) СuSO4 + NaOH | Реакция серебряного зеркала. Выпадение красного осадка Cu2O |
| Карбоновые кислоты (группа –СООН) | Лакмус | Красное окрашивание. Муравьиная — реакция серебряного зеркала. Олеиновая — обесцвечивание бромной воды и раствора КМnO4. |
| Простые эфиры (оксигруппа –О-), сложные эфиры (сложноэфирная группа –СОО-) | Гидролиз в присутствии NaOH при нагревании | Специфический запах. |
| Крахмал (С6Н10О5)n | Раствор I2 в KI или спиртовой раствор I2 | Синее окрашивание. |
| Белки (-NH-CHR-CO-)n | Конц. HNO3 | Желтое окрашивание (ксантопротеиновая реакция). |
|
|
|
Характерные реакции можно проводить пробирочным, капельным и микрокристаллическим методами.
Пробирочный метод – к пробе анализируемого раствора в пробирке прибавляют некоторое количество реактива и наблюдают результат взаимодействия с ним. При выпадении осадка отмечают его внешний вид (аморфный или кристаллический). Если осадок кристаллический, то используют микрокристаллический метод.
Микрокристаллический метод – на предметном стекле каплю анализируемого раствора смешивают с каплей реактива и рассматривают под микроскопом образовавшимся характерной формы кристаллы.
Капельный метод (профессор Н.А. Тананаев) – капельные реакции выполняют на полосках фильтровальной бумаги или на капельных фарфоровых пластинках. О наличии в растворе тех или иных ионов судят по цвету полученного пятна, расположению студельных окрашенных колец на фильтровальной бумаге, характерному окрашению раствора или осадка, полученного на капельной пластинке.
В зависимости от количества веществ, применяемых для анализа, различают макроанализ, полумикроанализ, микроанализ, ультрамикроанализ.
Макроанализ – берут не менее 500 мг исследуемого вещества или от 20 до 100 мл раствора, содержащего не менее 100 мг исследуемого вещества . это позволяет определить от 1 до 5 мг ионов, присутствующих в растворе.
Микроанализ – необходима специальная аппаратура, исследуют в 100 раз меньший объем раствора или в 100 раз меньшую навеску исследуемого вещества.
Ультрамикроанализ – берут 0,001 – 0,000000001 мг вещества и объем растворов от 0,001 до 0,000001 мл.
Полумикроанализ – для исследования берут от 10 до 100 мг вещества или 5 – 10 мл раствора.
Полумикрометод обладает рядом преимуществ: работа с малыми количествами исследуемого вещества дает возможность сократить продолжительность анализа и расход реактивов. Это экономичный метод.
