Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №8 - Журнал «Домашняя лаборатория»

кто интересуется химией или родственными ей науками, должен ознакомиться с методами химического анализа и приобрести соответствующие практические навыки. Каждый студент химического вуза или техникума обязан доказать свое знание аналитической химии, успешно выполнив определенное число опытов по качественному и количественному анализу. Это означает, что он исследует отдельные химические соединения (или их смеси) и устанавливает, какие атомы или группы атомов в них содержатся, а также количественный состав этих соединений. Вопросу о том, как надо проводить анализ, посвящена обширная литература. Здесь мы задались целью дать читателю краткий обзор основных частных реакций, необходимых для распознавания ионов, которые входят в состав минеральных удобрений. Некоторые из таких приемов уже знакомы читателю, проводившему реакции обнаружения металлов.

Многие реакции в аналитической химии основаны на том, что к пробе вещества неизвестного строения или его раствора добавляют один или несколько реактивов и при этом происходит реакция, которая обычно сопровождается изменением цвета, образованием осадка или выделением газа. Как известно, металлы присутствуют в растворах в виде положительно заряженных ионов, или катионов, например К+, Na+, Са2+, Мg2+, тогда как ионы неметаллов и кислотных остатков — анионы — имеют отрицательный заряд. К числу анионов относятся, например, Cl-, SO42-, СО32-, РO43-.

Большинство минеральных удобрений нам удастся растворить в воде. Если же это не получится, то попробуем использовать другие растворители в следующем порядке: разбавленную соляную кислоту, концентрированную соляную кислоту, разбавленную азотную кислоту, концентрированную азотную кислоту и, наконец, царскую водку (3 объемные части концентрированной соляной кислоты на 1 часть концентрированной азотной кислоты). Правда, в этом случае мы получим растворы, пригодные только для анализа катионов. Для анализа же анионов мы возьмем водный раствор или, если вещество не растворяется в воде, извлечем его раствором соды (карбоната натрия). Для получения такой содовой вытяжки около 0,5 г тщательно растертого в порошок вещества добавим к 25 мл раствора (2 г чистого для анализа карбоната натрия в 25 мл дистиллированной воды), нагреем до кипения и еще 10 минут будем греть на малом огне. При этом потерю воды из-за испарения нужно возместить добавлением такого же количества воды. Нерастворенный осадок отделим от вытяжки фильтрованием. Конечно, можно обойтись и значительно меньшим количеством вещества. Это вообще должно стать нашим правилом — обычно при выполнении качественных реакций нам хватит лишь нескольких капель раствора. Поэтому рекомендуется использовать в последующих опытах меньшие по размеру и более дешевые пробирки для полумикроанализа.

Обнаружение катионов

Ионы аммония NH4. Если несколько крупинок соли аммония нагреть в трубке для прокаливания (стеклянной трубке, запаянной с одной стороны), то возгоняется белое вещество и ощущается запах аммиака. Запах будет сильнее, если к исследуемому веществу предварительно добавить кальцинированной соды.

Чтобы надежнее доказать присутствие иона аммония, на часовом стекле добавим к пробе вещества 2–3 капли разбавленного раствора едкого натра. Накроем это часовое стекло другим таким же стеклом (выпуклой стороной вверх). На внутреннюю поверхность верхнего стекла наложим увлажненную полоску красной лакмусовой бумаги, а на внешнюю — другую такую же полоску под углом к первой. Обе полоски образуют лакмусовый крест. При наличии в пробе иона аммония лакмусовая бумажка на внутренней стороне верхнего стекла синеет. Это обусловлено тем что щелочь, будучи сильным основанием, вытесняет более слабое основание — газообразный аммиак— из его солей (Реакции на нижнем стекле соответствует уравнение:

NH4+ + ОН- —> NH3 + Н2O

На верхнем стекле происходит обратная реакция. Верхнее стекло нужно подготовить заранее и накрыть им нижнее стекло сразу же после добавления щелочи, чтобы аммиак не успел улетучиться. Разумеется, лакмусовая бумажка на внутренней стороне верхнего стекла не должна касаться раствора на нижнем стекле, иначе она посинеет от щелочи, независимо от того, содержится ли в пробе ион аммония. — Прим. перев.).

Остальные катионы удобрений являются нонами металлов и их обнаружение было описано в этой книге раньше, в разделе, посвященном металлам.

Обнаружение анионов

Карбонат-ион СО32-. В пробирке к пробе твердого вещества прильем разбавленную соляную или этановую (уксусную) кислоту. Пробирку закроем пробкой, в которую вставлена изогнутая в двух местах и оттянутая на конце трубка для отвода газа. Выделяющийся газ пропустим через известковую или баритовую воду. Выпадение осадка карбоната кальция или бария свидетельствует об образовании диоксида углерода.

Если исследуемого вещества слишком мало, то опыт нужно провести полумикрометодом, как указано в разделе «Опыты с диоксидом углерода».

Хлорид-ион Сl-. 0,5–1 мл исследуемого водного раствора или содовой вытяжки подкислим разбавленной азотной кислотой и убедимся в том, что реакция стала кислой, с помощью синей лакмусовой бумажки. Затем добавим по каплям 1 %-ный раствор нитрата серебра. Выпадает творожистый белый осадок хлорида серебра (Если помутнение очень слабое, нужно проверить таким же образом, не вызвано ли оно присутствием следов хлорид-иона в воде, взятой для растворения исследуемого вещества или соды. — Прим, перев.).

Сульфат-ион SO42-. Сульфаты обнаруживаются с помощью раствора хлорида бария. Подкислим исследуемый раствор разбавленной соляной кислотой и по каплям добавим реактив.

При наличии сульфат-иона выпадает белый осадок сульфата бария.

Нитрат-ион NО3-. В пробирке подкислим 0,5 мл исследуемого раствора разбавленной серной кислотой, прильем 0,5 мл свежеприготовленного насыщенного на холоду раствора сульфата железа (II) и перемешаем. Наклонив пробирку, по стенке осторожно прильем пипеткой 1 мл концентрированной серной кислоты, так чтобы она образовала нижний слой и оба слоя не перемешивались. На границе двух слоев жидкости образуется темно-коричневое кольцо. Это сульфат нитрозожелеза (II) с формулой [Fe(NO)]SO4. Иногда образованию кольца могут помешать хлораты, хроматы, иодиды, бромиды и другие ионы. Тогда пробу исследуемого вещества нужно вначале обработать кипящим этанолом, а затем уже проводить опыт.

Фосфат-ион РO43-. Возьмем на кончике шпателя молибдат аммония (NH4)2MoO4, растворим его в малом количестве воды и будем по каплям добавлять концентрированную азотную кислоту до тех пор, пока выпавший вначале белый осадок молибденовой кислоты не растворится снова. Затем подкислим исследуемый водный раствор удобрения малым количеством азотной кислоты и смешаем оба раствора. Образуется желтый осадок сложного комплексного соединения — фосфоромолибдата аммония. Если концентрация фосфат-ионов мала, то осадок образуется только при нагревании. Температура при этом не должна превышать 50 °C.

Другая качественная реакция основана на образовании уже описанного ранее магний-аммоний фосфата. Смешаем равные объемы разбавленных растворов хлоридов магния и аммония, добавим несколько капель концентрированного водного раствора аммиака и снова перемешаем. Если теперь к полученному раствору добавить несколько капель раствора фосфата и осторожно нагреть, то выпадет белый кристаллический осадок.

Обнаружению фосфат-ионов мешают многие примеси. Сведения