7. . Основные условия обнаружения ионов в растворе

В аналитической практике определяемый ион обычно прихо­дится открывать в присутствии других ионов.

Реакции и реагенты, дающие возможность открывать данный ион в присутствии других, называются специфичными.

Пример 1. При действии раствора щелочи (NaOH или КОН) на соли аммония при нагревании выделяется аммиак, который и узнается по характерному запаху или по посинению красной лакмусовой бумажки, смоченной водой. Так как в условиях ана­лиза аммиак выделяется только в результате разложения солей аммония, то реакция взаимодействия солей аммония со щелочью является специфичной, позволяющей открывать ноны NH4+ в при­сутствии других ионов.

Пример 2, При действии роданида аммония на соли кобальта образуется тетрародано-(II) кобальтат аммония ярко-синего цвета (NH4)2[Co(SCN)4].

Однако строго специфичных реакций и реагентов, реагирующих только с одним ионом, очень мало. В большинстве случаев другие ноны, присутствующие в растворе, мешают реакции открытия, так как сами вступают в реакцию со взятым реагентом или связывают открываемый ион в комплексные соединения. Например, гексанитро-(III) кобальтат натрия Na3[Co(NO2)6] и гидротартрат натрия NaHC4H.406 образуют характерные осадки с ионами ка­лия, но эти же реагенты в аналогичных условиях образуют осадки, сходные по цвету, форме и растворимости также с ионами аммония.

Аналитические реагенты, взаимодействующие с ограниченным числом ионов, называются избирательными или селективными. Чем меньше число ионов, вступающих в реакцию с данным реагентом, тем более избирательным является этот реагент.

Влияние посторонних ионов на характерную реакцию данного иона с соответствующим реагентом зависит от их» концентрацийи от условий проведения реакций. Влияние концентрации посто­роннего иона на данную реакцию характеризуется предельным от­ношением, показывающим отношение концентрации определяемо­го иона к концентрации постороннего иона:

                                                с определяемого иона

предельное отношение = ——-------------------------- —

                                               с постороннего кон»

Оно показывает, при каком соотношении массы определяемого иона и массы постороннего иона возможно обнаружить данный ион. Например, микрокрнсталлоскогшческая реакция на нон РЬ2+ действием иоднда калия в присутствии ионов Сu2* удается лишь при условии, что концентрация ионов Cu2+ в исследуемом растворе превышает концентрацию ионов РЬ2+ не более чем в 25 раз. Сле­довательно, предельное отношение равно: Pb2+ : Си2*—1 : 25. При более высокой концентрации ионов Cu2t в растворе реакция становится ненадежной, так как вместе с иодидом свинца РЫ, выпадает осадок иодида меди СuI и выделяется свободный иод.

Капельная реакция на нон Ni2+ действием диметилглиоксима в присутствии ионов кобальта удается при предельном отношении Ni2+ к Со2>, равном 1 : 5000. Предельное отношение является ме­рой специфичности реакции. Оно показывает, при каком количест­ве постороннего нона возможно проведение реакции открытия.

Знание его позволяет находить допустимые концентрации посто­ронних ионов в исследуемом растворе, а также находить пока­затели чувствительности реакций. Если в присутствии посторонних ионов реакция не удается и концентрация посторонних ионов выше предельного отношения, то последние маскируются путем связывания их в прочные комп­лексные соединения. Например, ионы Ni2+ открывают при помощи диметилглиоксима в аммиачной среде. Этой реакции мешают ионы Fe3+, так как они образуют с гидроксидом аммония коричнево- бурый осадок гидроксида железа. Поэтому для открытия ионов Ni2+ необходимо предварительно удалить ионы Fe3+. Их можно осадить i виде гидроксида железа и отфильтровать осадок или же связать ионы Fe3+  путем прибавления фторида натрия в комп­лексные ноны [FeF6]3-  не реагирующие с диметилглиоксимом.

Связывание мешающих ионов в комплексы является примером аналитической маскировки,     которая широко применяется в дроб­ном методе анализа, а также при выполнении капельных реакций. Этот прием ускоряет и упрощает процесс анализа и позволяет откры­вать ионы в присутствии посторонних ионов.

Аналитические реакции (и реактивы) в качественном анализе подразделяют на общие (общеаналитические),групповые и характерные (част­ные).
Если реагент взаимодействует одновременно с большинством ионов, то его называют общеаналитическим. К таким реагентам относятся Na2CO3, Na2HPO4, H2S и щелочи, которые с большинством катионов металлов об­разуют малорастворимые соединения.
Если реагент взаимодействует одновременно с несколькими ионами, его называют групповым. Так, групповым реагентом для ионов Сl-, Вг- и J- является нитрат серебра AgNO3, образующий осадки с перечисленными ионами. С помощью общих и групповых реакций можно сделать заключение о наличии или отсутствии целой группы ионов, а также отделить одну группу ионов от других. Поэтому групповые реакции еще называют реакциями разделения.
Реагент, с помощью которого в исследуемом растворе обнаруживают определенный ион (функциональную группу или молекулу), называют ха­рактерным, а реакцию соответственно характерной (частной) или реакци­ей обнаружения. Характерные реакции различают по селективности (избирательности). Селективные реакции дают одинаковый или сходный ана­литический эффект с ограниченным числом ионов. Причем чем меньше ионов дают одинаковый аналитический эффект с данным реагентом, тем селективнее реакция. Так, например, хромат калия взаимодействует с ио­нами Рb2+, Ва2+ и Sr2+ с образованием осадков желтого цвета. Селективность многих реакций может быть повышена путем подбора соответст­вующих условий проведения реакции (например, регулируя рН раствора или удаляя мешающие ионы реакциями осаждения и комплексообразования).
Высокоселективные реакции называют специфическими. Такая реакция позволяет обнаружить данный вид иона (молекулу) в присутствии дру­гих ионов. Например, только при взаимодействии с крахмалом иод I2 дает синюю окраску, и только при взаимодействии соли аммония со щелочью при нагревании выделяется газ характерного запаха:

NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3↑ + H2O.

 Систематический и дробный ход анализа

В исследуемом растворе может присутствовать не один катион, а несколько. Причем многие катионы дают сходные реакции и ме­шают открытию друг друга. Например, с гидротартратом натрия реагируют не только ионы калия, но и ионы аммония; с дигидро- антимопатом калия реагируют ионы натрия и магния и т. д. По­этому для открытия ионов калия необходимо сначала выяснить, есть ли в растворе ионы аммония. Отсюда следует, что нельзя прово­дить реакции на отдельные попы в произвольно выбранной после­довательности. Их нужно комбинировать таким образом, чтобы к тому времени, когда мы приступаем к «открытию» какого-либо иона, все ионы, мешающие опыту, были бы удалены, гПосле- довательиость реакций, удовлетворяющая этому требованию, на­зывается систематическим ходом анализа, при котором катионы отделяются не по одному, а целыми группами.

Применение групповых реагентов и осаждение элементов целы­ми группами имеет большое значение. Прежде всего сложная зада­ча анализа катионов или анионов распадается на рад более простых задач. Кроме того, если какая-нибудь группа катионов отсут­ствует, то групповой реагент укажет нам это. Однако i рименение групповых реагентов во многих случаях связано с длительнымии кропотливыми операциями осаждения, фильтрования, промыва­ния осадков, повторного растворения и т. д., занимающими много времени. Поэтому в настоящее время больше уделяется внимания дроб| 1ым реакциям, т. е таким реякпиям. при поясе н—которы-х "можно обнаружить интересующий нас ион в "присутствии других инов. Для проведения дробных реакций требуются специфически или избирательно действующие реагенты. Однако чис. о их пока еще очень мало. Поэтому дробное открытие ионов производится обычно в два приема: сначала путем подходящих реакций выделя­ют определяемый ион или же маскируют ионы, мешающие его от­крытию, а затем с помощью характерной реакции убеждаются в присутствии определяемого иона и приблизительно (на глаз) оп­ределяют его количество (очень много, много, мало, следы).

Дробный анализ выгодно отличается от систематического ана- л и за. быстротой своего выполнения. Он позволяет открывать ноны, минуя длительные операции последовательного отделения одних иопов от других. Особенно большое значение дробный анализ име­ет при определении ограниченного числа ионов, содержащихся в смеси, состав которой приблизительно известен. В этом случае нет необходимости в пактом анализе исследуемого образца, тре­буется лишь установить наличие или отсутствие в кем определен­ных компонентов. Дробные реакции легко воспроизводимы, их можно повторять несколько раз.