Таким образом могут быть получены несколько растворов (водная вытяжка, растворы в разных кислотах), в которых предстоит открыть катионы и анионы. Это в целом облегчает ход анализа, так как уже на этапе растворения происходит частичное разделение некоторых катионов и анионов, которые могут мешать открытию друг друга, если они одновременно присутствуют в одном и том же растворе.

Когда анализируемая смесь содержит сульфаты свинца и катионов третьей аналитической группы, нерастворимые в кислотах, их можно перевести в растворимые в кислотах карбонаты кипячением с насыщенным водным раствором соды Na2СО3 и поташа К2СО3 или же сплавлением со смесью Nа2СО3 и К2СО3.

1.2 Классификация ионов по аналитическим группам

В качественном анализе неорганических веществ исследуются растворы солей, кислот и оснований, которые в водных растворах находятся в диссоциированном состоянии. Поэтому анализ водных растворов электролитов сводится к открытию отдельных ионов, а не элементов или их соединений.

Распределение ионов по аналитическим группам указывает на существование связи между аналитической классификацией ионов и периодической системой элементов Д. И Менделеева. Аналитическая классификация ионов отличается от распределения элементов по группам периодической системы, основанной на общем законе природы. Разделение катионов и анионов по группам основано на отношении ионов к действию реактивов, на сходстве и различии растворимости некоторых образуемых ими соединений и на других признаках.

1.2.1 Классификации катионов

Сероводородная классификация катионов

Аналитическая классификация находится в тесной связи с электронной структурой, а также с энергетической характеристикой ионов – ионными потенциалами, которые определяются как отношение заряда иона z к его радиусу r, т. е. z/r.

Катионы с низкими ионными потенциалами образуют сульфиды, которые не растворимы в сульфиде аммония и едких щелочах. Катионы с высокими ионными потенциалами образуют тиоангидриды – соединения, растворимые в сульфиде аммония и едких щелочах.

Кроме ионных потенциалов другими энергетическими характеристиками ионов, определяющих их поведение в растворах, является электростатическая характеристика z2/r (частное от деления квадрата заряда иона на его радиус) и сродство к электрону в водном растворе.

Классификация основана на различии растворимости хлоридов, сульфидов, гидроокисей и карбонатов различных элементов.Применяются следующие групповые реактивы: HCl, H2S, (NH4)2S, (NH4)2CO3, прибавляемых к анализируемой смеси в определённой последовательности.

К первой аналитической группе, не имеющей группового реагента, относят катионы лития Li+, , натрия Na+, калия К+, аммония NH4+ и магния Mg2+. Так как эта группа катионов не имеет группового реагента, то катионы открывают в растворе с использованием различных аналитических реакций на каждый катион. Реакции проводят в определенной последовательности.

Ко второй аналитической группе относят катионы кальция Са2+, стронция Sr+ и бария Ва2+, принадлежащие второй группе периодической системы элементов. Групповым реагентом является водный раствор карбоната аммония в аммиачном буфере (рН ≈ 9,2). Групповой реагент осаждает указанные катионы из водного раствора в виде осадков малорастворимых в воде карбонатов СаСОз, SrСОз, ВаСОз.

Катионы кальция, стронция и бария не осаждаются из водных растворов при действии сульфида аммония или сероводорода, так как их сульфиды растворимы в воде.

К третьей аналитической группе относятся катионы алюминия А13+, хрома Сr3+, марганца Мn2+, железа(II) Fе2+, желез(III) Fе3+, кобальта Со2+, никеля Ni2+ и цинка Zn2+.

Групповым реагентом является водный нейтральный или слабо щелочной (рН = 7—9) раствор сульфида аммония (в присутствии аммиака и хлорида аммония), который осаждает из водных растворов катионы алюминия и хрома в виде гидроксидов А1(ОН)з и Сr(ОН)з, а остальные катионы — в виде сульфидов МnS, FeS, Fe2S3 ,СоS, NiS, ZnS. В соответствии с этим катионы третьей аналитической группы, перечисленные в таблице, разделяют на две подгруппы. К первой подгруппе относят катионы алюминия А13+, хрома Сr3+, ко второй подгруппе — катионы марганца Мn2+, железа(II) Fе2+, желез(III) Fе3+, кобальта Со2+, никеля Ni2+ и цинка Zn2+.

Из кислых водных растворов катионы третьей аналитической группы сероводородом не осаждаются.

К четвертой аналитической группе относятся катионы меди Сu2+, кадмия Сd2+, ртути(II) Нg2+, висмута(III) Вi3+, мышьяка Аs3+ и Аs5+, сурьмы Sb3+ и Sb5+ , олова Sn2+ и Sn4+. Групповым реагентом является кислый (0,3 моль/л по НС1) водный раствор сероводорода Н2S при рН = 0,5, который осаждает из водных растворов катионы четвертой аналитической группы в виде малорастворимых в воде сульфидов.

Катионы четвертой аналитической группы разделяют на две подгруппы, исходя из растворимости сульфидов этих катионов в растворе сульфида натрия Nа2S или полисульфида аммония (NН4)2Sn.

К первой подгруппе относят катионы Сu2+, Сd2+, Нg2+, Вi3+. При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов СиS, CdS, HgS, Вi2S3, нерастворимых в растворах сульфида натрия или полисульфида аммония.

Ко второй подгруппе относят катионы Sn2+, Sn4+, Аs3+, Аs5+, Sb3+, Sb5+. При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов SnS, SnS2, Аs2Sз, Аs2S5, Sb2S3, Sb2S5, которые растворяются в водных растворах сульфида натрия (за исключением SnS) или полисульфида аммония с образованием тиосолей.

К пятой аналитической группе относят катионы серебра Ag+, ртути (I) Hg22+ и свинца Pb2+. Групповым реагентом является водный раствор соляной кислоты. При действии группового реагента катионы пятой группы осаждаются в виде осадков хлоридов (растворимость хлорида свинца увеличивается при нагревании).

Кислотно-основная классификация катионов

Данная классификация катионов по группам основана на использовании в качестве групповых реагентов водных растворов кислот и оснований — хлороводородной кислоты НС1, серной кислоты Н2SО4, гидроксидов натрия NаОН или калия КОН (в присутствии пероксида водорода Н2О2) и аммиака NН3. Эта классификация менее совершенна, чем сероводородная, и разработана менее детально, однако при ее использовании не требуется получение и применение токсичного сероводорода.