1.3 Реакції осадження

Реакції осадження - це хімічні реакції, за допомогою яких досліджувані елементи або іони перетворюються в малорозчинні сполуки, що виділяються з розчину у вигляді твердої фази - осаду. Так, іони барію можна перевести в осад, діючи розчином сульфатної кислоти:

Ba2+ + SO2-4 = baso4

Або

Bacl2 + H2SO4 = baso4 + 2hcl.

Реакції осадження є основою різних методів розділення, концентрування і визначення окремих іонів або елементів.

В кількісному аналізі реакції осадження становлять основу класичного вагового методу визначення елементів. Цей метод полягає в тому, що визначувані іони вилучаються з розчину у вигляді малорозчинної сполуки добавлянням певного реактиву. Осад, що утворився, відфільтровують, промивають і зважують. За вагою осаду обчислюють кількість елементу або іона. Щоб визначити іони плюмбуму, діють на розчин солі цього елементу розчином сульфатної кислоти, внаслідок чого утворюється осад pbso4. Висушений осад зважують і за рівнянням реакції обчислюють кількість плюмбуму в досліджуваному розчині.

Ваговий аналіз. Багато нерозчинних комплексних сполук можна використати для вагового визначення різних елементів. Так, іони алюмінію осаджують органічним реактивом - оксихіноліном. Осад відфільтровують, висушують і зважують, після чого обчислюють за хімічною формулою оксихінолінату алюмінію вміст останнього в досліджуваному осаді.

Об’ємний аналіз. Об’ємне визначення полягає в тому, що до розчину визначуваного іона добавляють точно еквівалентну кількість розчину реактиву відомої концентрації. Вимірюють об’єм розчину реактиву і за рівнянням хімічної реакції обчислюють кількість визначуваного іона.

Реакції окислення-відновлення

Реакції окислення-відновлення - це такі реакції, за яких змінюється валентність реагуючих іонів або елементів. Реакції окислення-відновлення використовуються в багатьох методах розділення і визначення елементів.

Об’ємні методи. Класичні методи об’ємного аналізу - перманганатометрія, йодометрія, хроматометрія та ін. - грунтуються на використанні різних окислювачів і відновників. У перманганатометрії, наприклад, визначувані іони окислюють розчином перманаганату калію, в йодометрії для цього користуються розчинами йоду і т.д.

Електроваговий аналіз. Крізь досліджуваний розчин пропускають електричний струм певної напруги. Іони металів, що є в розчині, відновлюються електричним струмом до металічного стану. Зважують осади металів і за знайденою вагою обчислюють вміст елементів у пробі. Електроваговий метод аналізу використовується для визначення купруму, кадмію, цинку, кобальту, плюмбуму, аргентуму, ауруму та деяких інших елементів.

Полярографічний метод. Полярографічний метод відкрив у 1922 р. Чеський учений Я.Гейровський. Аналіз за цим методом проводять так. У розчин, в якому містяться визначувані іони, занурюють два електроди: один з них, звичайно катод, має дуже невеликі розміри. Найчастіше для цього беруть ртуть, яка витікає окремими краплинами з дуже тонкого капіляра. Анодом є шар меркурію з великою поверхнею на дні електролітичної склянки. Електроди сполучають з джерелом постійного струму і поступово підвищують напругу на електродах. Процес визначення полягає в спостереженні за зміною сили струму залежно від прикладеної напруги. Спочатку струм через розчин не проходить, але за певної величини напруги починається електроліз розчину і сила струму зростає. З цього моменту іони, які присутні в розчині, починають відновлюватися на ртутному краплинному катоді. Характерною особливістю електролізу в зазаначених умовах є те, що при дальшому підвищенні напруги сила струму досягає сталої величини і перестає збільшуватися.

Якісний склад розчину визначають за величиною напруги, потрібної для того, щоб почався електроліз. Іони різних металів відновлюються неоднаково легко. Так, іони кадмію відновлюються легше, ніж іони цинку. Іони купруму - легше, ніж іони плюмбуму і т.д. Для кожного металу характерна цілком певна величина напруги, за якої починається відновлення іонів цього металу і через розчин починає проходити струм. Тому, визначивши експериментально величину напруги за допомогою кривої (мал. 1), можна зробити висновок про те, іони якого металу були в розчині.

Кількісний полярографічний аналіз грунтується на вимірюванні сили так званого граничного струму (мал. 1). Сила цього струму пропорціональна концентрації рпечовини, що відновлюється: ігр = КС. За цим співвідношенням можна визначити концентрацію речовини, якщо виміряти гальванометром силу струму.

Полярографічний метод широко застосовується в аналізі металів та сплавів для визначення невеликих кількостей одних металів в іншому, основному металі. У металічному цинку можна визначити найменші кількості кадмію і плюмбуму, в металічному кадмії - домішки купруму і т.ін. Метод придатний і для аналізу інших матеріалів, наприклад руд, природних вод, біологічних об’єктів, гірських порід, силікатів тощо. На ртутному краплинному електроді відновлюється також органічні речовини, тому метод застосовується також для аналізу складних сумішей органічних сполук. Чутливість полярографічного методу дуже велика: за ним можна визначити десяті або соті частки мікрограма речовини в 1 мл розчину.