Кейс учителя химии. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.

Зябкина О.А, учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Кейс учителя химии КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ Задачей   качественного   анализа   является   обнаружение   отдельных элементов   или   образуемых   ими   ионов,   входящих   в   состав   определенного вещества или смеси веществ. Качественный   анализ   проводят   с   помощью   химических   реакций,   например: сопровождающихся   заметными   внешними   изменениями, выделением   газа,   изменением   окраски,   образованием   или   растворением осадка. Физические методы для этой цели используют редко. Испытания на вкус, запах (за редким исключением), а также реакции, сопровождающиеся взрывом, в качественном анализе не применяют. Анализ мокрым и сухим путем Качественный   анализ   можно   выполнить   различными   способами.   В лабораторных   условиях   обычно   применяют   анализ  мокрым   путем, основанный на реакциях, протекающих в растворе. В качестве растворителей исследуемого   вещества   используют   дистиллированную   воду,   уксусную   и минеральные кислоты, растворы аммиака и щелочей. Реакции, проводимые в растворе, протекают, как правило, между ионами, поэтому   при   анализе   мокрым   путем   обнаруживают   не   элементы,   а соответствующие   ионы.   Каждый   из   образуемых   элементом   ионов характеризуется   собственными   аналитическими   реакциями.   Например,   при добавлении   щелочи  к   раствору,  содержащему   ионы Fе3+,  выпадает   красно­ бурый гидроксид железа (III), тогда как ионы Fе2+ образуют в тех же условиях белый   осадок   Fe(OH)2,   быстро   окисляющийся   кислородом   воздуха   до Fe(OH)3. Анализ  сухим путем  проводят без переведения исследуемого твердого вещества   в   раствор.   Этот   способ   анализа   играет   вспомогательную   роль   и применяется для предварительных испытаний. Его осуществляют с помощью таких   приемов,   как   проба   на   окрашивание   пламени,   возгонка,   получение окрашенных «перлов» и металлических «корольков». Проба на окрашивание пламени основана на том, что летучие соединения некоторых   элементов   окрашивают   бесцветное   пламя   в   определенный   цвет: натрий – в жёлтый, калий – в фиолетовый, и т. д.  Окрашенные   перлы   готовят   сплавлением   исследуемого   вещества   с тетраборатом натрия или с фосфорной солью. Окраска перла указывает на присутствие   того   или   иного   элемента.   Хром,   например,   окрашивает   перл тетрабората   натрия   в   зеленый   цвет,   кобальт   –   в   синий,   марганец   –   в фиолетовый.Металлические   корольки   получают   при   прокаливании   анализируемого соединения на древесном угле в окислительной или восстановительной части пламени   паяльной   трубки.   По   их   внешнему   виду   также   можно   судить   о составе вещества. При   анализе   сухим   путем   часто   применяется   метод   растирания испытуемого   твердого   вещества   с   твердым   реагентом.   По   характерной окраске продуктов реакции судят о присутствии в пробе соответствующих элементов   или   ионов.   Например,   при   растирании   кристаллов   сульфата кобальта   (II)   с   тиоцианатом   аммония   появляется   синее   окрашивание вследствие образования комплексной соли (NH4)2[Co(SCN)4].  При   растирании   хлорида   серебра   с   хлоридом   олова   (II)   образуется черный порошок металлического серебра: 2AgCl + SnCl2 = 2Ag + SnCl4 Характеристика аналитических реакций Чтобы   химическую   реакцию   можно   было   применить   в   качественном анализе, она должна отвечать некоторым требованиям, главными из которых являются:   высокая  чувствительность,   избирательность,   быстрота протекания и простота выполнения. Реакция называется  чувствительной, если она  позволяет обнаруживать ничтожно   малые   количества   элемента.   Чувствительность   различных аналитических   реакций   весьма   разная.   Например,   при   добавлении   винной кислоты   к   концентрированному   раствору   хлорида   калия   выпадает   белый кристаллический осадок гидротартрата калия. Если раствор соли калия разбавлять, то наступит момент, когда осадок перестанет образовываться. Однако при действии на этот же разбавленный раствор   гексанитрокобальтата   (III)   натрия   выпадают   желтые   кристаллы смешанной соли: K2Na[Co(NO2)6]. Это   доказывает,   что   реакция   обнаружения   ионов   К+  с   помощью Na3[Co(NO3)6]   более   чувствительна.   Особо   чувствительными   являются реакции   окрашивания   пламени,   микрокристаллоскопические   и   некоторые цветные реакции. Предельным   разбавлением  называется   такое   отношение   массы содержащихся   в   растворе   атомов   или   ионов   элемента   ко   всей   массе растворителя,   при   котором   еще   возможно   обнаружение   исследуемого вещества.  Например,  предельное  разбавление  1:40000 означает, что  данная аналитическая реакция позволяет обнаруживать 1 массовую долю элемента в 40000   массовых   долях   растворителя.   В   случае   разбавленных   водных растворов масса растворителя (в граммах) численно равна объему раствора (в миллилитрах). В качественном анализе находят применение те химические реакции, для которых обнаруживаемый минимум находится в пределах от 50 до 0,001 мкг,а  предельное   разбавление  –  от  1:1000  до 1:50 000 000.  Известны  и  более чувствительные реакции. И в качестве примера можно привести обнаружение рутения и осмия, основанное на каталитическом действии этих элементов на процесс   восстановления   азотной   кислоты   с   последующим   получением интенсивно   окрашенного   органического   соединения.   Таким   путем   удается обнаруживать   рутений   при   разбавлении   1:3   000   000   000,   а   осмий   –   при разбавлении 1:10 000 000 000. Вторым   требованием,   предъявляемым   к   аналитической   реакции, является   ее   избирательность,   то   есть   способность   протекать   примерно одинаково лишь с ограниченным числом ионов. Например, пероксид водорода Н2О2 в сернокислом растворе образует окрашенные растворимые соединения только с четырьмя элементами: титаном (IV), ванадием (V), молибденом (VI) и хромом (VI). Аналитическая   реакция,   позволяющая   обнаруживать   данный   ион   в присутствии   любых   других   ионов,   называется  специфической.   Примером такой реакции может служить взаимодействие солей аммония со щелочами при нагревании:                                                   t◦ NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O Выделяющийся аммиак легко распознать по его характерному запаху или по изменению окраски влажной лакмусовой бумажки. Специфических   реакций   известно   очень   мало.   Поэтому   на   практике обнаружение   ионов   стараются   проводить   в   таких   условиях,   при   которых избирательная   реакция   становится   специфической.   Для   устранения мешающего влияния посторонних веществ их удаляют из раствора, переводят в   устойчивые   комплексные   соединения   или   меняют   степень   окисления элементов. Условия выполнения аналитических реакций При   выполнении   аналитических   реакций   необходимо   соблюдать определенные   условия,   важнейшими   из   которых   являются  рН   среды, концентрации обнаруживаемого и посторонних ионов, температура. От   состава   среды   может   полностью   зависеть   сама   возможность протекания аналитической реакции. Так, например, обнаружение ионов Fe3+  с помощью тиоцианата аммония возможно только в слабокислом растворе. С увеличением   кислотности   чувствительность   реакции   понижается,   а   в щелочной среде окрашенный тиоцианат железа (III) вообще не образуется, так как   выпадает   осадок   Fе(ОН)3.   Из   аммиачного   раствора   нитрата   серебра действием NaCl не удается осадить хлорид серебра. Чувствительность   некоторых   реакций   повышается   в   присутствии смешивающихся с водой органических растворителей (ацетон, этанол и др.). Это   объясняется   дегидратацией   ионов   металлов,   уменьшением   степенидиссоциации   комплексных   соединений   и   понижением   растворимости малорастворимых веществ. Нагревание может как увеличивать, так и уменьшать чувствительность аналитической реакции в зависимости от того, куда смещается равновесие – в сторону   образования   продуктов   реакции   или   в   сторону   их   разложения.   В случае   процессов   осаждения   нагревание   обычно   повышает   растворимость осадков, уменьшая тем самым чувствительность реакции. Присутствие   в   растворе   посторонних   ионов,   даже   если   они   и   не взаимодействуют   с   прибавляемым   реагентом,   обычно   снижает чувствительность аналитической реакции. С возрастанием их концентрации мешающее влияние усиливается, и при некотором отношении концентраций обнаруживаемого и посторонних ионов реакция становится ненадежной. Маскирование мешающих ионов Устранение   мешающего   влияния   посторонних   ионов   с   помощью комплексообразования называется маскированием. В качестве маскирующих неорганических   веществ   наиболее   часто   применяют   фториды   и   фосфаты щелочных металлов и аммония. Из органических соединений маскирующим действием   обладают   винная,   лимонная,   щавелевая   и   некоторые   другие кислоты. В последнее время для маскирования ионов широкое применение нашли  новые органические реагенты, известные под общим названием  «комплексоны». Так, например, один из реагентов этого класса – комплексон  III – образует при различных значениях рН раствора устойчивые комплексные  соединения практически со всеми двух­, трех­ и четырехзарядными  катионами.