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 кислыхводных 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)₂S_n.

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).