ХАРАКТЕРИСТИКА ДРУГОЇ АНАЛІТИЧНОЇ ГРУПИ КАТІОНІВ
До другої аналітичної групи катіонів відносяться іони Pb2+, Hg+, Ag+. Солі цих катіонів майже всі погано розчиняються у воді. Добре розчиняються тільки нітрати катіонів цієї групи, а також ацетат срібла і свинцю. Катіони Pb2+, Hg+, Ag+. безбарвні.
Гідроксиди срібла та ртуті (I) є нестійкими сполуками і в момент утворення розпадаються на відповідний оксид і воду. Гідроксид свинцю Рb(ОН)2 є важко розчинним слабким електролітом і має амфотерні властивості, тобто при дисоціації утворюють одночасно і іони водню Н+, і гідроксид-іони ОН-:
Pb2+ + 2OH-↔ Pb(OH)2 + 2H2O ↔ 2H+ + [Рb (ОН)4]2-
При дисоціації гідроксиду свинцю (II) за типом кислоти утворюється комплексний іон [Рb(ОН)4]2-. Цим і пояснюється взаємодія амфотерних гідроксидів з кислотами і лугами. При додаванні до гідроксиду свинцю (II) кислоти зростає концентрація іонів водню. Згідно з правилом Ле-Шательє, дисоціація Pb(OH)2 по типу кислоти пригнічується, а за типом основи посилюється. У результаті осад Pb(OH)2 розчиняється і утворюється сіль, в якій свинець є катіоном:
Pb(OH)2 + 2HNO3 = Pb(NO3)2 + 2Н2O.
При додаванні до гідроксиду свинцю (II) лугу зростає концентрація іонів ОН-. Рівновага в системі знову порушується, але тепер переважає дисоціація Рb(ОН)2 по типу кислоти. Тоді реакція взаємодії з лугом проходить з утворенням комплексної солі:
Н2[Рb(ОН)4] + 2NaOH = Na2[Pb(ОН)4] + 2Н2O
або
Рb(ОН)2 + 2NaOH = Na2 [Рb(ОН)4]
Солі катіонів другої групи піддаються гідролізу і їх розчини мають кислу реакцію. Іони Pb2+, Ag+ і Hg22+ здатні утворювати комплексні сполуки. Катіон Ag + утворює комплексні іони з аміаком, CN-, SO32- та ін. Завдяки цій здатності можна переводити в розчин солі срібла (AgCl, AgBr тощо) у вигляді розчинних комплексних солей, що широко застосовується в якісному аналізі.
Груповим реактивом для другої аналітичної групи є розбавлена хлоридна кислота або її розчинні у воді солі. При дії групового реактиву утворюються білі сирнисті осади PbCl2, AgCl, Hg2Cl2, причому іони Рb2+ повністю не осаджуються. Всі розчинні сполуки свинцю і ртуті отруйні. Сполуки катіонів другої групи знаходять широке застосування в медицині і фармації. Іони срібла в дуже низькій концентрації стерилізують воду і пригнічують розвиток бактерій. Нітрат срібла використовують при лікуванні захворювань очей. Колларгол (колоїдне срібло) застосовують для промивання гнійних ран, сечового міхура і при гнійних кон'юнктивітах. Протаргол - препарат срібла - застосовують як в'яжучий засіб для змащування слизових оболонок верхніх дихальних шляхів. Основний ацетат свинцю (II) застосовується для примочок і компресів, оксид свинцю (II) РbО - для виготовлення свинцевого пластиру.
II група катіонів
Характерні реакції катіонів Ag+
1. Реактив НCl, KCl.
З аніонами Cl¯ катіони Ag+ утворюють відповідно білий аморфний осад хлориду срібла AgCl. До 2 капель розчину AgNO3 додають 2 краплі розведеної НСl. До розчину з осадом додають 5 капель концентрованого розчину аміаку і збовтують до розчинення, потім ще додають 6 капель концентрованої азотної кислоти:
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 = 2NH4NO3 + AgCl
2. Реактив KJ.
З аніонами J¯ катіони Ag+ утворюють жовтий аморфний осад йодиду срібла AgJ.
Напишіть рівняння реакції.
3. Реактив хромат калію K2CrO4.
Хромат іони CrO42- утворюють з катіонами Ag+ осад цегляного кольору Ag2CrO4, розчинний в HNO3 та NH4OH .
Тому реакцію можна проводити в нейтральному або слабо лужному середовищі. Беруть в пробірку 2-3 краплі розчину
AgNO3 і добавляють 3-4 краплі дистильованої води і 1-2 краплі розчину K2CrO4.
Напишіть рівняння реакції.
Характерні реакції катіонів Hg22+
1. Реактив NH4OH.
При дії на хлорид ртуті утворюється чорний осад , за рахунок виділення металічної ртуті:
Hg
Hg2Cl2 + NH4OH →[Hg2NH2 Cl] [HgNH2]Cl
2. Реактив КІ.
З розчином КІ катіони Hg22+ утворюють осад брудно-зеленого кольору:
Hg22+ + 2І ‾ → Hg2I2 ↓
3. Реактив К2CrO4 .
Іони CrO4 2 ‾ , при нагріванні, утворюють з Hg22+ осад червоно-бурого кольору:
Hg22+ + CrO42‾ = Hg2CrO4↓
Осад нерозчинний в лугах і розведеній CH3COOH, а розчинний в концентрованій HNO3.
Характерні реакції катіонів Pb2+
1. Реактив КІ.
З аніонами І‾ утворюють яскраво-жовтий осад PbI2 .
Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2↓+ 2KNO3
Pb2++ 2I ‾ = PbI2↓
До 2 капель розчину Pb(NO3)2 додають 2 краплі розчину KI . До отриманого розчину додають 0,5 мл води і 3-4 краплі розведеної CH3COOH, нагрівають 2 хвилини, а потім охолоджують під холодною водою, з’являються золоті краплинки . (Реакція "золотого дощу").
2. Реактив H2SO4.
Іони SO42+ осаджують катіони Pb2+ у вигляді білого кристалічного осаду. Напишіть рівняння реакції. Осад розчиняється при нагріванні в лугах:
PbSO4 + 4KOH = K2[Pb(OH)4] + K2SO4
3. Реактив К2CrO4 .
З аніонами CrO42− утворюють осад жовтого кольору PbCrO4 , який не розчиняється в оцтовій кислоті , але розчиняється в лугах та азотній кислоті.
Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4↓ + 2KNO3
Pb2+ + CrO42− = PbCrO4↓
Хід аналізу катіонів ІІ групи.
До досліджуваного розчину (2-3 мл) додають рівний об’єм спирту або ацетону для зниження розчинності PbCl2 та 2 н розчин хлороводневої кислоти. Осад хлоридів, який утворився, відфільтровують. У фільтраті роблять пробу на повноту осадження катіонів ІІ групи, додаючи до нього ще 1-2 краплі хлороводневої кислоти. Відсутність помутніння в пробі означає, що катіони ІІ групи осаджені повністю.
Осад хлоридів, не знімаючи з фільтра, промивають невеликими порціями (1-2 мл) гарячої води. Хлорид свинцю при цьому розчиняється і переходить в промивні води, де його відкривають реакцією з КІ. Якщо катіони Pb2+ відкриті, то осад промивають водою до повного усунення із нього PbCl2.
Після цього осад, який залишився на фільтрі, обробляють невеликою кількістю (1-2 мл) розчину NH4OH. Почорніння осаду при цьому є ознакою наявності в ньому катіонів ртуті Hg22+. В одержаному аміачному розчині відкривають катіони Ag+. Для цього розчин підкислюють розведеною азотною кислотою для розрушення аміачного комплексу [Ag(NH3)2]Cl , якщо він є в розчині. Помутніння розчину при підкисленні означає випадання осаду AgCl, тобто наявність в розчині катіонів Ag+.
Контрольні запитання
1. Які катіони відносяться до II аналітичної групи ? Назвати групові реактиви.
2. Чому до суміші катіонів II групи спочатку приливають розчин HCl, а потім NH3?
3. За допомогою яких реакцій можна відкривати Ag+ ?
4. На чому базується відділення Pb2+ від Ag+, Hg22+?
5. Як відкрити Pb2+ ?
6. Чому при дії NH4OH на суміш AgCl і Hg2Cl2 відбувається почорніння осаду? Що переходить при цьому в розчин ?
7. За допомогою яких реакцій можна відкрити іон Hg22+?
8. Яку роль відіграє HNO3 при відкритті Ag+ ?
9. Який із катіонів II групи проявляє амфотерні властивості ?
10.Хід аналізу: а) Pb2+ і Ag+ ;
б) Pb2+ і Hg22+;
в) Ag+ і Hg22+