Что положено в основу сульфидной классификации катионов на группы

Обновлено: 02.07.2024

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.

Сероводородная (сульфидная) классификация катионов

Группа	Катионы	Групповой реагент	Характеристика группы
I	Li + , K + , Na + , NH₄ + , Mg 2+	Нет
II	Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+	(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	Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Cr 3+ , Mn 2+ , Zn 2+	(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: Cu 2+ , Cd 2+ , Bi 3+ , Hg 2+ 2-ая подгруппа: Sn 2+ , Sn 4+ , Sb 3+ , Sb 5+ , As 3+ , As 5+	H₂S (из раствора HCl)	Сульфиды нерастворимы в полисульфиде аммония (NH₄)₂S_n, в отличие от сернистых соединений.

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 + , Pb 2+ , [Hg₂] 2+	2н HCl	Образование малорастворимых хлоридов
II (сульфатная)	Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+	2н H₂SO₄	Образование малорастворимых в воде и кислотах сульфатов
III (амфолитная)	Al 3+ , Cr 3+ , Zn 2+ Sn 2+ , Sn 4+ , As 3+ , As 5+	2н NaOH	Образование растворимых солей типа NaAlO₂, Na₂ZnO₂, NaCrO₂, Na₂SnO₂.
IV (гидроксидная)	Bi 3+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ ,Mg 2+	2н NaOH	Образование малорастворимых гидроокисей
V (аммиакатная)	Ni 2+ , Co 2+ Hg 2+ Cu 2+ , Cd 2+	2н NH₄OH (избыток)	Образование растворимых комплексов-аммиактов.
VI (растворимая)	Li + , K + , Na + , NH₄ +	Нет группового реактива	Хлориды, сульфаты, гидроксиды растворимы в воде

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) также позволяет делить анионы на группы по различию их окислительно-восстановительных свойств. Есть классификации, основанные на использовании различных реактивов, в которых число групп анионов колеблется от 3 до 7.

Так, например, при делении анионов на три группы они распределяются следующим образом:

Анионы, образующие осадки с растворимыми солями бария;

Анионы, образующие осадки с растворимыми солями серебра;

Анионы, не образующие осадков ни с растворимыми солями бария, ни с растворимыми солями серебра;

Классификация анионов, основанная на реакциях осаждения

Группа	Анионы	Групповой признак	Групповой реагент
I	SO₄ 2- ,SO₃ 2- ,S₂O₃ 2- ,CO₃ 2- ,C₂O₄ 2- ,SiO₃ 2- ,Cr₂O₇ 2- ,CrO₄ 2- ,B₄O₇ 2- (BO₂ - ),PO₄ 3- ,F - ,AsO₃ 3- ,AsO₄ 3-	Соли бария и серебра нерастворимы в воде, но растворимы в азотной и соляной кислотах, кроме сульфата бария.	BaCl₂ в нейтральной или слабощелочной среде.
II	S 2- ,Cl - ,Br - ,I - ,SCN - ,CN - , IO₃ - ,BrO₃ -	Соли бария растворимы, а соли серебра не растворимы в воде и разбавленной азотной кислоте (кроме BrO₃ - ).	AgNO₃ в азотнокислой (2М) среде.
III	NO₃ - ,NO₂ - ,CH₃COO - ,MnO₄ - , и др.	Соли бария и серебра растворимы в воде.	Отсутствует

При делении анионов на семь групп различают:

Анионы, бариевые соли которых растворимы в воде, серебряные соли малорастворимы в воде, но растворимы в азотной кислоте(NO₂ - , CH₃COO - , HCOO - ,CNO - , S 2- ). Анионы второй группы с BaCl₂ или Ba(NO₃)₂ осадка не образуют. AgNO₃ осаждает из достаточно концентрированных растворов соответствующие серебряные соли.

Анионы, бариевые соли которых малорастворимы в воде, но растворимы в НNO₃, серебряные соли окрашены в различные цвета, не растворимы в воде и растворимы в НNO₃(C₂O₄ 2- , S₂O₃ 2- , AsO₃ 3- ,AsO₄ 3- , PO₄ 3- ).

Анионы, бариевые и серебряные соли которых ведут себя подобным образом, как и соответствующие соли III группы, но их серебряные соли белого цвета(BrO₂ - , C₂O₄ 2- ,C₂H₄O₆ 2- , CO₃ 2- , SO₃ 2- ,IO₃ - ).

Анионы, бариевые и серебряные соли которых растворимы в воде(ClO₃ - ,ClO₄ - ,S₂O₈ 2- , NO₃ - ).

Анионы, бариевые соли которых не растворимы в воде и НNO₃, а серебряные соли растворимы в воде (SiF₆ 2- , F - , SO₄ 2- ). С анионами этой группы катионы бария образуют белые нерастворимые осадки, а AgNO₃ не вызывает образование осадка.

Анионы кремниевой, титановой, циркониевой, вольфрамовой и некоторых других кислот, соли щелочных металлов, которые растворимы в воде, а бариевые и серебряные соли не растворимы.

По окислительно-восстановительным свойствам анионы также обычно делят на три группы. По этой классификации групповыми реагентами являются окислители или восстановители, у которых окислительная или восстановительная форма окрашена.

Классификация анионов, основанная на их окислительно-восстановительных свойствах

Читайте также: