Общая характеристика и ход анализа катионов четырех аналитических групп

  • 4.1. Общая характеристика и последовательность хода анализа катионов первой группы.
  • 4.2. Общая характеристика и последовательность хода анализа катионов второй группы.
  • 4.3. Общая характеристика и последовательность хода анализа катионов третьей группы.
  • 4.4. Общая характеристика и последовательность хода анализа катионов четвертой группы.
  • 4.5. Биологическое значение катионов четырех аналитических групп.

4.1.1 аналитическая

К первой аналитической группе относят катионы К+,

группа катионов

Na+,NH4+, Mg+2 и некоторые другие. Большинство солей этих ионов хорошо растворимо в воде. Поэтому группового реагента, осаждающего все четыре катиона, нет. При систематическом анализе ионы калия, натрия, магния обнаруживают в последнюю очередь, так как катионы других групп мешают их обнаружению и должны быть удалены. В водных растворах все катионы первой аналитической группы бесцветны.

Калий и натрий, относятся к первой группе системы элементов Д.И. Менделеева, их гидроксиды - сильные основания (щёлочи). NH+4 близок по свойствам к катиону К и образует несколько аналогичных малорастворимых солей. Очень важно, что соли аммония в отличие от солей калия и натрия разлагаются при нагревании и, следовательно, могут быть удалены прокаливанием. Все соли аммония легко гидролизуются, тогда как из солей калия и натрия подвергаются гидролизу только соли слабых кислот (угольной, уксусной и др.)

Магний, относящийся ко второй группе периодической системы, во всех соединениях проявляет степень окисления +2 и отличается от остальных катионов первой аналитической группы рядом свойств. Так, гидроксид магния плохо растворим в воде и является довольно слабым основанием. Ион Mg+2, является переходным между катионами первой и второй аналитических групп. Гидроксокарбонат магния (MgOH^COs, подобно карбонатам катионов второй группы, малорастворим в воде. Однако он растворяется в избытке солей аммония и при действии карбонатом

аммония в присутствии хлорида аммония не выпадает в осадок. Поэтому ион Mg+2 остаётся в растворе с катионами первой группы.

Ход анализа катионов I аналитической группы

1. 1. Ход анализа начинают с обнаружения иона

аммония дробным методом реактивом Несслера, т.к. эта реакция является специфической, ей не мешают другие ионы. Кроме того ион NH4+ ,будет мешать обнаружению К+ и Na+ и о его присутствии необходимо знать заранее. Реактив Несслера - смесь K2[HgJ4]4 и КОН, выделяет из раствора солей аммония красно-бурый осадок иодида

оксодимеркураммония.

Г Hg 1

NH4C1 + 2K2[HgJ4] + 4КОН О NH2 Ц +

7KJ + КС1 + ЗН2О 1 Hg J

или в ионной форме:

Г / Hg

NH4++ 2[HgJ4]2‘+ 4ОН0^ ^NH2 Д+7Г + ЗН2О L Hg J

2. 2. Обнаружение иона магния.

Обнаружению Mg2+ другие катионы первой группы не мешают и он тоже обнаруживается дробным методом. Гидрофосфат натрия Na2HPO4 в присутствии NH4OH и NH4CI с ионом Mg2+ образует белый кристаллический осадок фосфата магния аммония.

MgSO4 + Na2HPO4 + NH4OH MgNH4PO4; + Na2SO4 + Н2О

или в ионной форме:

Mg2+ + НРО42’ + NH4OH MgNH4PO4; + Н2О

3. 3. Удаление иона аммония.

Ион аммония необходимо удалить из исследуемого раствора, т.к. он мешает обнаружению ионов калия и натрия.

Удаление NEU+ основано на термическом разложении солей аммония с образованием газообразных продуктов.

NH4CI ЫНзТ + НС1Т

4. 4. Обнаружение иона калия.

В центрифугате, не содержащего NtU+, гексанитрокобальтат (III) натрия Ыаз[Со(ЬЮ2)б] при взаимодействии с ионом калия в нейтральной или

уксуснокислой среде образует осадок желтого цвета гексанитрокобальтат (III) натрия - калия K2Na[Co(NO2)6].

2КС1 + Na3[Co(NO2)6] K2Na[Co(NO2)6]| + 2NaCl

или в ионной форме:

+ + Na+ + [Со(МО2)б]3’ — K2Na[Co(NO2)6]l Гидротартрат натрия NaHC4H4O6 выделяет из нейтрального раствора, содержащего К+, белый мелкокристаллический осадок гидротартрата калия КНС4Н4О6

КС1 + NaHC4H4O6 КНС4Н4О6 + NaCl или в ионной форме

К+ + НС4Н4О6’ КНС4Н40б1

5. 5. Удаление иона магния.

Если в растворе был обнаружен магний, то его необходимо удалить, т.к. он мешает обнаружению натрия.

Удаление Mg2+ основано на трудной растворимости Mg(OH)2.

При добавлении к центрифугату раствора КОН (но не NaOH !!!) Mg2+ осаждается в виде белого аморфного осадка гидроксида магния.

MgCl2 + 2КОН Mg(OH)2j + 2КС1

Mg2+ + 2ОН- Mg(OH)4

6. 6. Обнаружение иона натрия в центрифугате, который не содержит NH4+ и Mg2+.

Гексагидроксостибиат (V) калия К[8Ь(ОН)б] осаждает из нейтрального раствора, содержащего Na+, белый кристаллический осадок гексагидроксостибиата (V) натрия Na[Sb(OH)o]

NaCl + K[Sb(OH)6] Na [Sb(OH)6]| + KC1 или в ионной форме:

Na+ + [Sb(OH)6]' Na [Sb(OH)6]|

4.2. II аналитическая группа катионов

Ко второй аналитической группе относятся ионы Са+2, Sr+2, Ва+2- образующие их металлы расположены во 2 группе периодической системы Д.И. Менделеева, называются щелочноземельными и характеризуются высокой химической активностью, растущей от кальция к барию. Катионы второй аналитической группы бесцветны и водных растворов не окрашивают.

Ионы Са+2, Sr+2, Ва+2 (в отличие от катионов первой группы) образуют малорастворимые в воде карбонаты. Поэтому их осаждают действием карбоната аммония (NH4)2CO3, который и является групповым реагентом.

Из солей кальция, бария и стронция нерастворимы, кроме того, сульфаты, фосфаты и оксалаты. Однако осаждать катионы второй группы в виде этих солей нецелесообразно, так как сульфаты их не растворимы в сильных кислотах и с большим трудом снова переводятся в раствор, а присутствие в смеси ионов РО4‘ 3 и С2О42' усложняет анализ.

Ход анализа катионов II аналитической

.Ход анализа начинают с обнаружения иона аммония реактивом Несслера, т.к. эта реакция является специфической. Кроме того, при отделении второй

группы с отделением от I аналитической

группы катионов мы вводим этот ион с групповым реактивом (NH4)2CO3 и о его присутствии необходимо

группы

знать заранее. Реакция NH4+ с реактивом Несслера дана в первой группе катионов.

2.Групповой реактив. Отделение катионов второй группы от первой в виде труднорастворимых в воде карбонатов при помощи группового реактива (NH4)2CO3, карбонаты катионов первой группы хорошо растворимы и при этом остаются в растворе.

СаС12 + (NH4)2CO3^ CaCO3|+2NH4Cl белый

Са2++СО32 »СаСОз1

BaClz + (NH4)2CO3 —> ВаСОз! + 2NH4C1 белый

Ва2++СОз2’^ ВаСОз!

Основное требование при отделении ионов - это полнота отделения.

Для достижения полноты отделения катионов 2-ой группы их осаждение ведут при следующих условиях:

а. В присутствии NH4OH

В водных растворах (NH4)2CO3 сильно гидролизован как соль слабого основания и слабой кислоты:

(NH4)2CO3+ H2Q~NH4HCQ3 + NH4OH

Ион НСО3’ образует с катионами второй группы Ва(НСО3)2 и Са(НСО3)2, которые растворимы в воде. Полнота осаждения при этом не будет достигнута. Чтобы избежать образование гидрокарбонатов, осаждение катионов второй группы ведут в присутствии NH4OH, который смещает равновесие гидролиза (NH4)2CO3 влево.

б. При нагревании раствора до 50 -5- 70 °C.

Карбонат аммония (NEUhCCh в результате разложения содержит карбаминат аммония NH2COONH4, не дающий осадка с катионами второй группы:

(NH4)2CO3 ~ NH2COONH4 + Н2О + Q(-AH)

При нагревании раствора до 5О70°С равновесие смещается влево.

Кроме того, нагревание способствует превращению аморфного осадка карбонатов в кристаллический, легче отделяемый центрифугированием.

в. При добавлении к раствору NH4CI.

При действии карбоната аммония, в присутствии NH4OH, помимо катионов второй группы частично осаждается ион Mg2+ в виде гидроксида магния и его основной соли:

2MgCl2 + 2(NH4)2CO3 + Н2О (MgOH)2CO3l + 4NH4C1 + СО2

MgCl2 + 2NH4OH Mg(OH)2; + 2NH4C1

В хлориде аммония карбонат гидроксомагния и гидроксид магния растворяются и ион Mg2+ остается в растворе с первой группой катионов.

Итак, катионы 2-ой группы осаждают карбонатом аммония в присутствии NH4OH, NH4CI, при нагревании до 50-70°С.

3.Растворение осадка карбонатов кальция и бария в уксусной кислоте:

СаСОз + СНзСООН Са(СН3СОО)2 + Н20 + С02?

ВаСО3 + СНзСООН Ва(СН3СОО)2 + Н20 + С02?

Обнаружение иона бария.

Поскольку барий мешает обнаружению кальция реакцией с оксалатом аммония (NH4)2C2O4, т.к. образует с этим реактивом белый осадок, то необходимо узнать, присутствует ли он в растворе.

Хромат калия К2С1О4 и дихромат (бихромат) калия К2СГ2О7 образуют с катионом бария желтый кристаллический осадок хромата бария ВаСгО4:

ВаС12 + K2CrO4 BaCrO4; + 2КС1

или в ионной форме: Ва2+ + СгО42' —> ВаСгО4|

  • 2ВаС12 + К2СГ2О7 + Н20 2BaCrO4| + 2КС1 + 2НС1 2Ва2+ + Сг2О72’ + Н20 ВаСгСЦ + 2Н+
  • 5. Отделение иона бария перед обнаружением кальция.

Осуществляется добавлением к анализируемому раствору хромата или дихромата калия. Ва2+ осаждается

в виде труднорастворимого хромата (реакции указаны выше), а хромат и дихромат кальция хорошо растворимы и ион кальция остается в растворе.

6. Обнаружение иона кальция в растворе (центрифугате), который не содержит катион бария.

Оксалат аммония (NH4hC2O4 с катионом кальция образует белый кристаллический осадок оксалата кальция СаС2О4.

СаС12 + (NH4)2C2O4 СаС2О41 + 2NH4C1 Са2+ + С2О42’ -> СаС2О4|

4.3. Ill

аналитическая группа катионов

Из общей характеристики катионов III группы следует, что их соли - сульфиды - нерастворимы в воде, но растворяются в разбавленных сильных кислотах, отличаясь тем самым от сульфидов катионов I и II групп. Групповым реактивом на катионы III группы является сульфид аммония, с катионами железа, цинка, марганца образует сульфиды. С катионами хрома, алюминия образует гидроксиды. Образование гидроксидов хрома и алюминия объясняется наличием гидроксид - ионов ОН.

При обменных реакциях образуются наименее растворимые вещества. В случае катионов А13+ и Сг3+ наименее растворимы гидроксиды, поэтому они и выпадают из раствора.

Из соединений остальных катионов III группы наименьшей растворимостью отличаются сульфиды, поэтому они и выпадают из раствора. Следует иметь в виду, что при осаждении сульфидов очень сильное влияние оказывает концентрация ионов водорода.

Ход анализа

катионов III

аналитической группы от I и II групп

  • 1. 1. Ход анализа начинают с обнаружения иона аммония реактивом Несслера, т.к. эта реакция является специфической. Кроме того, при отделении третьей группы катионов мы вводим этот ион с групповым реактивом (NEL^S и о его присутствии необходимо знать заранее. Реакция NH4+ с реактивом Несслера дана в первой группе катионов.
  • 2. 2. Обнаружение иона железа (II).

Катионы Fe2+, Fe3+, Мп2+ имет специфические реакции, поэтому их обнаруживают в начале хода анализа в отдельных порциях задачи.

Реактивом на Fe2+ является гексацианоферрат (III) калия Кз[Ре(СН)б], с Fe2+ он образует темно-синий осадок турнбулевой сини (гексацианоферрат (III) железа (II)):

  • 3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] Fe3[Fe(CN)6]2l + 3K2SO4 3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3' Fe3[Fe(CN)6M
  • 3. 4. Обнаружение иона железа (III).

Реактивом на Fe3+ является гексацианоферрат (II) калия KL4[Fe(CN)6], с Fe3+ он образует темно-синий осадок берлинской лазури (гексацианоферрат (II) железа (III)): 4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] Fe4[Fe(CN)6]3| + 12КС1

  • 4Fe3+ + 3 [Fe(CN)6]4' Fe4[Fe(CN)6]3|
  • 4. 5. Обнаружение иона марганца (II).

Реактивом на Мп2+ служит щелочной раствор гипохлорита натрия NaClO. С Мп2+ он образует перманганат натрия NaMnO4, который окрашивает раствор в малиново-фиолетовый цвет:

  • 2MnSO4 + 5NaC10 + 6NaOH 2NaMnO4 + 5NaCl + 2Na2SO4 + 3H2O
  • 2Mn2+ + 5C1O + 6OH- 2MnO4‘ + 5СГ + 3H2O
  • 5. 6. Отделение катионов третьей группы от катионов второй и первой групп.

При действии группового реактива (NH4)2S в присутствии NH4OH, NH4C1 и нагревании, катионы 3-й группы Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+ осаждаются в виде сульфидов, а А13+ в виде гидроксида, т.к. произведение растворимости А1(0Н)3 будет достигнуто раньше, чем произведение растворимости сульфида алюминия. Катионы 1-й и 2-й групп остаются при этом в растворе.

Fe2+ + S2- FeS|

черный

2Fe3+ + 3S2’ Fe2S3J.

черный

Mn2+ + S2- -? MnSj телесный

Zn2+ + S2’ ZnS|

А13+ + 3NH4OH ->? А1(ОН)з! + 31W белый

Для достижения полноты отделения катионов 3-й группы их осаждение ведут при следующих условиях:

а) В присутствии NH4OH.

Сульфиды и гидроксиды катионов 3-й группы растворимы в сильных кислотах, которые образуются в результате гидролиза растворимых солей данных катионов. Гидроксид аммония добавляют для нейтрализации этих кислот.

Кроме того, NH4OH добавляют для подавления гидролиза группового реактива, в результате которого

образуется гидросульфид - ион, а гидросульфиды катионов 3-й группы растворимы в воде и полнота осаждения не будет достигнута.

  • (NH4)2S + Н2О NH4HS + nh4oh
  • б) В присутствии NH4C1 и нагревании раствора. Сульфиды некоторых катионов 3-й группы легко переходят в коллоидное состояние и остаются в растворе. Чтобы предупредить это нежелательное явление, осаждение ведут из горячего раствора в присутствии электролита - коагулятора NH4CI. Хлорид аммония прибавляют еще и для того, чтобы после введения NH4OH из раствора не выпал осадок Mg(OH)2.
  • в) Свежеприготовленные реактивы (NFhhS и NH4OH

Данные реактивы, поглощая СО2, из воздуха, частично превращаются в карбонат аммония (NEUhCCh. При этом вместе с 3-й группой будут осаждаться катионы 2-й группы.

6. 7. Растворение осадка катионов 3-й группы в НС1:

FeS + 2НС1 FeCl2 + H2SJ

Fe2S3 + 6НС1 2FeCl3 + 3H2Sf

Fe2S3 + 4HC1 -? 2FeCl2 + S| + 2H2S$

MnS + 2HC1 MnCl2 + H2S|

ZnS + 2HC1 ZnCl2 + H2S|

A1(OH)3 + 3HC1 A1C13 + 3H2O

7. 8. Отделение Fe2+, Fe3+, Mn2+ от Al3+ и Zn2+ в полученном солянокислом растворе.

Отделение основано на амфотерном характере гидроксидов А13+ и Zn2+, которые растворяются в избытке щелочи.

При добавлении щелочи и пероксида водорода к солянокислому раствору гидроксиды железа и марганца выпадают в осадок, а алюминий и цинк в виде [А1(ОН)4(Н2О)2]’ и [Zn(OH)4]2' остаются в растворе: 2FeCl2 + 4NaOH + Н2О2 2Fe(OH)3| + 4NaCl

MnCl2 + 2NaOH + H2O2 MnO(OH)2 J + 2NaCl + H2O A1C13 + 4NaOH + 2H2O -? Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3NaCl

ZnCl2 + 4NaOH -? Na2[Zn(OH)4] + 2NaCl

избыток

Осадок отделяют и отбрасывают, а в центрифугате открывают А13+ и Zn2+

9.Обнаружение иона алюминия.

Сначала действием НС1 разрушаем комплексный ион и получаем ион А13+

Na[Al(H2O)2(OH)4] + 4НС1 А1С13 + NaCl + 6Н2О NH4OH в присутствии NH4CI с А13+ образует белый хлопьевидный осадок А1(ОН)3. Гидроксид цинка Zn(OH)2 в осадок не выпадает, т.к. он растворяется в избытке NH4OH и солях аммония.

А1С13 + 3NH4OH А1(ОН)3| + 3NH4C1 А13+ + 3NH4OH А1(ОН)4 + 3NH4+ Zn(OH)2 + 6NH4OH [Zn(NH3)6](OH)2 + 6Н2О

8. Обнаружение иона цинка.

Действием НС1 разрушаем комплексный ион [Zn(OH)4]2' и получаем ион Zn2+.

Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)e] с ионом Zn2+ образует белый кристаллический осадок двойной соли K2Zn3[Fe(CN)6]2

3ZnCl2 + 2K4[Fe(CN)6] K2Zn3[Fe(CN)6]2|, + 6КС1

4.4. IV аналитическая группа катионов

В четвертую группу входят катионы Ag+, Pb2+, Hg22+, Cu2+, Hg2+ и др. От катионов 3-й группы они отличаются нерастворимостью сульфидов в разбавленных сильных кислотах.

У сульфидов катионов 4-й группы значения произведения растворимости (ПР) настолько малы, что превышаются не только при действии сульфидом аммония, но и при пропускании сероводорода, дающего гораздо меньше сульфид - ионов. Превышаются значения ПР сульфидов 4-й группы даже в присутствии сильных кислот, подавляющих диссоциацию сероводородной кислоты.

Катионы 4-й группы по растворимости хлоридов делятся на две подгруппы.

В подгруппу серебра входят Ag Hg22+ и Pb2+, дающие с хлороводородной кислотой мало растворимые в воде хлориды. К подгруппе меди относятся Cu2+, Hg2 хлориды которых растворимы в воде.

AgNO3 + НС1 -» AgCU + HNO3

Pb(NO3) + 2НС1 -> PbCbl + 2HNO.3

Hg2(NO3)2 + 2НС1 -> Hg2Cl2l + 2HNO3

белый

Мало растворимы в воде также гидроксиды, фосфаты и карбонаты катионов 4-й группы.

Групповым реактивом 4-й группы служит сероводород в кислой среде (НС1). Катионы 3-й группы при этом не осаждаются.

2AgNO3 + H2S -» Ag2Si + 2HNO3

Pb(NO3)2 + H2S -> PbS 1 + 2HNO3

Hg2(NO3)2 + H2S -> Hg2SJ, + 2HNO3 черный

Hg2S -> HgS + Hg CuSO4 + H2S -> CuS>L + H2SO4

Hg(NO3)2 + H2S -> HgSJ< + 2HNO3 черный

Ход анализа

катионов IV

аналитической группы

В водных растворах Ag+ бесцветен.

1. Едкие щелочи образуют с ионом Ag+ бурый осадок

Ag2O, который образуется вследствие распада получающегося первоначально неустойчивого

гидроксида серебра:

AgNO3 + NaOH -> AgOHi + NaNO3

2AgOH -> Ag2c4 + H2O

Осадок растворим в NH4OH с образованием комплексного соединения гидроксид диамминсеребра:

Ag2O + 4NH4OH -> 2[Ag(NH3)2]OH + ЗН2О

Реакцию проводят в присутствии NH4CI

  • 2. Хромат калия К2СгО4 образует с ионом серебра кирпично-красного цвета осадок Ag2CrO4:
  • 2AgNO3 + K2CrO4 -> Ag2CrO44- + 2KNO3
  • 3. Растворы хлоридов, бромидов, иодидов (ионы СГ, Вг‘ , J) образуют с Ag+ осадки: белый AgCl>L, бледно-желтые AgBr>k и AgJ>k:

AgNO3 + NaCl -> NaNO3 + AgCl>k

AgNO3 + NaBr NaNO3 + AgBr>k

AgNO3 + NaJ NaNO3 + AgU

Реакции катиона Pb2+

В водных растворах Pb2+ бесцветен.

1. Едкие щелочи и NH4OH образуют с РЬ2+ белый осадок гидроксида свинца (II) РЬ(ОН)2, который растворим в избытке щелочи, т.к. обладает амфотерными свойствами:

Pb(NO3)2 + 2NaOH 2NaNO3 + РЬ(ОН)2Ф

РЬ(ОН)2 ++ Н2РЬО2

Pb(OH)2 + 2NaOH -> Na2PbO2 + 2Н2О

плюмбит

натрия

2. Серная кислота и растворимые сульфаты (ион SO42) осаждают РЬ2+ в виде белого осадка PbSC>4>l<

Pb(NO3)2 + H2SO4 -> PbSO4^ + 2HNO3

3. Хромат калия К2СЮ4 и бихромат калия К2СГ2О7 образуют с РЬ2+ хромат свинца - осадок желтого цвета:

Pb(NO3)2 + К2СгО4 -> РЬСгО4Ф + 2KNO3

  • 2Pb(NO3)2 + К2СГ2О7 + Н2О -> 2РЬСгО4Ф + 2KNO3 + 2HNO3
  • 4. Иодид калия KJ с РЬ2+ образует желтый осадок РЬЬ:

Pb(NO3)2 + 2KJ -> РЫ2Ф + 2KNO3

Реакции катионов ртути.

В водных растворах ионы ртути бесцветны. Соли ртути ядовиты! Работать с ними осторожно.

Различают соединения двухвалентной ртути Hg2+ и соединения, в которых ртуть электрохимически одновалентна - Hg22+.

Реакции катионов Hg22+

1. Щелочи выделяют из растворов солей Hg22+ черный осадок оксида ртути (I):

Hg2(NO3)2 + 2NaOH -> Hg2O>k + 2NaNO3 + Н2О

2. NH4OH с Hg22+ образует белый осадок комплексной соли:

Hg2(NO3)2 + 2NH4OH -> [NH2Hg2]NO3>k +

NH4NO3 + 2Н2О

Осадок легко разлагается с выделением черной свободной ртути:

[NH2Hg2]NO3 -> [NH2Hg]NO3 + Hg>k

3. Восстановление Hg22+ до металлической ртути более активными металлами:

Hg2(NO3)2 + Си 2Hg>k + Cu(NO3)2

4. Хромат калия К2СЮ4 осаждает Hg22+ в виде красного осадка хромата одновалентной ртути:

Hg2(NO3)2 + К2СЮ4 -> Hg2CrO4^ + 2KNO3

Реакции Hg2+

1. Едкие щелочи с Hg2+ образуют желтый осадок HgO:

Hg(NO3)2 + 2NaOH -> Hg(OH)2>k + 2NaNO3

Hg(OH)2 -> HgO>k + H2O

2. NH4OH осаждает Hg2+ в виде белого осадка комплексной соли:

HgCl2 + 2NEUOH -> [NH2Hg]Cl>L + NH4CI + 2Н2О

3. KJ образует с Hg2+ оранжево-красный осадок Hgh:

Hg(NO3)2 + 2KJ -> Hgbl + 2KNO3

4. Хромат калия К2СЮ4 образует с катионом Hg2+ желтый осадок хромата ртути (II):

HgCh + К2СЮ4 -> HgCrO4-L + 2КС1

Реакции катиона Си2+

Растворы солей меди голубого или зеленого цвета.

1. Едкие щелочи образуют с Си2+ голубой осадок Си(ОН)2, чернеющий при нагревании вследствие превращения в СиО:

CuSO4 + 2NaOH -» Си(ОН)2Ф + Na2SO4

Си(ОН)2 —>СиО + Н2О‘

  • 2. NH4OH с Си2+ реагирует следующим образом:
    • а) при недостатке NH4OH образуется осадок основной соли зеленого цвета
  • 2CuSO4 + 2NH4OH -> (CuOH)2SO4l + (NH4)2SO4
  • б) избыток NH4OH переводит основной сульфат меди в комплексную соль - сульфат тетрааммин-меди (II), сообщающий раствору интенсивно синий цвет: (CuOH)2SO4 + (NH4)2SO4 + 6NH4OH -> 2[Cu(NH3)4]SO4

+ 8Н2О

4.5. Биологическое значение катионов четырех аналитических групп

Катионы первой аналитической группы играют большую роль в биохимических и агрохимических процессах. Они могут содержаться в почвах как подвижном, то есть доступном для усвоения растениями, так и в связанном состоянии. В водной вытяжке из почвы катионы калия, натрия, аммония и магния обычно присутствуют в виде легко растворимых солей (хлоридов, сульфатов, нитратов, карбонатов и т.д.) Значительное содержание солей натрия характерно для засоленных почв. Наиболее вреден для растений в почве гидрокарбонат натрия, присутствие которого даже в небольших количествах вызывает их гибель. Ионы калия и аммония необходимы для минерального питания растений. Магний содержится в зелёном пигменте-хлорофилле. Катионы перовой группы входят в состав важнейших минеральных удобрений. Калий вносят в почву в виде калийной селитры, сульфата, хлорида и других его солей. Ион аммония содержится в аммонийной селитре, сульфате и хлориде аммония, в аммофосе NH4 Н2 РО4 и диаммофосе. Натрий является составной частью чилийской селитры NaNO3. магний входит в состав доломита CaCO3*MgCO3 , который применяют как известковое и магнезиальное удобрение.

Поскольку аммиак и соли аммония образуются при гниении белка, наличие их в природных водах служит признаком загрязнённости. Контролируя качество воды, делают пробы на присутствие катиона аммония и некоторых других ионов.

В природе щелочные металлы в свободном виде не встречаются, натрий и калий входят в состав различных соединений. Наиболее важным является соединение натрия с хлором NaCl, которое образует залежи каменной соли (Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др.) Хлорид натрия содержится также в морской воде и соляных источниках. Обычно верхние слои залежей содержат калийные соли. Они имеются в морской воде, однако в значительно меньших количествах, чем соли натрия. Самые большие в мире запасы калийных солей находятся на Урале в районе Соликамска (минералы сильвинит NaCl * КС1 * MgCl * 6Н2О). Разведаны и эксплуатируются крупные залежи калийных солей в Белоруси (г.Солигорск).

Натрий и калий относятся к числу распространенных элементов. Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%, калия - 2,6%.

Натрий образует соли со всеми кислотами. Почти все его соли растворимы в воде. Важнейшие из них - хлорид натрия (поваренная соль), сода и сульфат натрия.

Хлорид натрия NaCl - необходимая приправа к пище, используется для консервирования пищевых продуктов, а также служит сырьем для получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др.

Сульфат натрия Na2SC>4 применяется в производстве соды и стекла. Из водных растворов кристаллизуется десятиводный гидрат Na2SC>4 * IOH2O, называемый глауберовой солью. Глауберова соль применяется в медицине как слабительное. Соли натрия (ионы натрия) окрашивают пламя горелки в желтый цвет. Это очень чувствительный метод для обнаружения натрия в соединениях.

Калийные соли используют главным образом как калийные удобрения. Соли калия (ионы калия) окрашивают пламя горелки в фиолетовый цвет. Однако в присутствии даже ничтожных количеств соединений натрия фиолетовый цвет маскируется желтым. В этом случае его можно заметить через синее стекло, поглощающее желтые лучи.

Живая материя содержит сотые доли процента магния, но эти доли процента исключительно важны. Магний входит в состав хлорофилла -зелёного пигмента растений, первичного приёмника солнечной энергии. С поглощения света хлорофиллом начинается один из важенйших природных процессов - фотосинтез. Его продуктами является и основная растительная масса, и кислород. Без магния нет хлорофилла, а без хлорофилла была бы невозможна жизнь на нашей планете.

Катионы второй аналитической группы

Ионы кальция широко распространены в природе, имеют большое агробиологическое значение.

Почва обладает обменной поглотительной

способностью, под которой понимают свойство обменивать катионы, содержащиеся в твёрдой фазе, на эквивалентное количество ионов раствора. На поверхности почвенных частиц преобладает обменный кальций, от количества которого в большой степени зависят структура, водно-воздушный режим и другие свойства почвы. В отличие от плодородных кислые почвы содержат много водорода, солонцеватые почвы -обменного натрия, улучшение этих почв достигается внесением соединений кальция. Например, в сильнокислые почвы вносят известняк,

нейтрализующий почвенные кислоты, а в солонцеватые - гипс.

Многие соединения кальция используют как минеральные удобрения. Он входит в состав фосфоритной муки Саз(РО4)2, апатитового концентрата Саз(РО4)2*Сар2, суперфосфата Ca(H2?O4)2+CaSO4, преципитата СаНРС>4*Н2 О, цианамида кальция

CaCN2 и кальциевой селитры.

Ионы бария весьма ядовиты. Хлорид и карбонат бария используют в с/х как яды.

Ион кальция обнаруживают, анализируя почвы, удобрения и природные воды, а бария - для распознавания ядохимикатов.

Кальций непосредственно участвует в самых сложных процессах, например таких, как свертывание крови, поддержание необходимого равновесия между возбуждением и торможением коры головного мозга, расщепление резервного полисахарида - гликогена, поддержание должного кислотно-щелочного

равновесия внутри организма и нормальной

проницаемости стенок кровеносных сосудов. Кроме того, длительный недостаток кальция в пище нежелательно сказывается на возбудимости сердечной мышцы и ритме сокращений сердца. Рацион взрослого человека должен содержать от 0,8 до 1 г кальция.

Тяжелый шпат, BaSC>4, был первым известным соединением барин. Его открыл в начале XVII в. итальянский алхимик Касциароло. Он же установил, что этот минерал после сильного нагревания установил светится в темноте красным светом и дал ему название «ляпис соларис» (солнечный камень).

Окись бария ВаО открыл в 1774 г. Шееле. Он назвал ее «тяжелой землей». В 1797 г., прокаливая нитрат бария, Вокелен получил: окись бария. Карбонат бария был открыт в 1783 г. в Шотландии , и назван «витеритом». Металлический барий впервые получил Дэви в 1808 г. Название, «барий» происходит от слова «барис» (тяжелый).

В природе барий встречается в виде соединений (сульфатов, карбонатов, силикатов, алюмосиликатов и т.д.) в различных минералах. Содержание бария в земной коре 0,05 вес. % — больше, чем содержание стронция.

Металлический барий применяется для

металлотермического восстановления америция и кюрия, в антифрикционных сплавах на основе свинца, а также в вакуумной технике. Сплавы свинец — барий вытесняют полиграфические сплавы свинец — сурьма.

Катионы третьей аналитической группы

Алюминий легко переходит в кровь и накапливается в головном мозге, костях, клетках эритроидного ростка. Поражение ЦНС проявляется недомоганием, снижением памяти, астериксисом, деменцией, подергиваниями мышц, эпилептическими припадками; возможен летальный исход.

Другие симптомы включают остеомаляцию, не поддающуюся лечению препаратами витамина D, переломы, миалгию, слабость, анемию.

Подтверждением диагноза служит повышение концентрации алюминия в крови после введения дефероксамина.

Отравление алюминием лучше всего описано при диализной деменции, возникающей при высокой концентрации алюминия в растворе для гемодиализа.

Развивается нарастающая энцефалопатия со спутанностью сознания, снижением памяти, возбуждением, которые сменяются сонливостью и сопором. Характерны внезапные остановки речи и миоклонии, выраженные генерализованные изменения на ЭЭГ. Смертность высока. Характерных патологоанатомических находок нет, но содержание алюминия в мозге повышено.

Алюминий является постоянной составной частью клеток и тканей организма. В среднем его содержание в теле человека составляет 70 - 190 мг%, в цельной крови - 0,5 - 0,7 мг/л, в плазме - 85,24 моль/л.

В основном алюминий поступает в организм человека с растительной пищей, незначительные количества вдыхаются с естественной пылью и промышленными выбросами. Всасывание его зависит от присутствия в пище ионов фтора, что делает алюминий более растворимым.

Больше всего алюминия содержится в легких, печени, костях, головном мозге. Выводится он через желудочно-кишечный тракт. В малых концентрациях алюминий участвует в реакциях образования фосфатных и белковых комплексов, а также в построении эпителиальной и соединительной ткани, в процессах регенерации костной ткани, воздействуют на активность пищеварительных желез и ферментов.

Железо играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий.

В организме животных железо (в очень малых количествах, в среднем около 0,02 %) входит в состав множества ферментов и белков, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, главным образом в процессе дыхания.

Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет.

Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК.

Неорганическое железо встречается в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.

Потребность человека в железе на 1 кг веса следующая: дети - 0,6 мг, взрослые - 0,1 мг, беременные женщины -0,3 мг железа в сутки. У женщин потребность несколько выше, чем у мужчин. Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять

железосодержащие препараты и пищевые добавки (Гематоген, Ферроплекс).

Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсическое действие. Передозировка железа угнетает антиоксидатную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется.

Марганец активирует многие ферменты и входит в состав некоторых из них.

У животных дефицит марганца проявляется поражением костей, поражением ЦНС и поражением половых желез. У человека это состояние встречается редко и сопровождается удлинением ПВ, не поддающимся коррекции витамином К.

В сыворотке марганец связан с белком-переносчиком. Выводится с желчью и панкреатическим соком. Концентрация марганца в сыворотке повышается при инфаркте миокарда и снижается при эпилептических припадках у детей. У горняков, которые в течение длительного времени вдыхают пыль, содержащую марганец, развиваются астения, снижение аппетита, апатия, головная боль, импотенция, болезненные мышечные спазмы в ногах, расстройства речи, а иногда и более тяжелые нарушения.

Относительно большое содержание марганца в бобовых, хлебопродуктах, орехах, печени, овощах, меньше - в рыбе, молоке, продуктах моря.

Чрезвычайно богаты марганцем кофе и чай. Так чашка свежезаваренного чая содержит около 1,3 мг марганца. Недостаточность марганца в организме человека впервые описана в 1974 г. При исключении из рациона марганца отмечается: резкая потеря в весе, тошнота, рвота, изменение цвета волос. Может развиваться остеопороз, замедление сращивания костей при

переломах. Дефицит марганца выявляется в период беременности, отмечается при различных формах анемии.

Катионы четвертой аналитической группы

Медь участвует в фиксации молекулярного азота (в процессе фотосинтеза), в восстановлении нитратов и других важных реакциях азотистого обмена у растений. Она оказывает большое влияние на структуру и функции нуклеиновых кислот, что связано с тем, что медь - сильный комплексообразователь.

При недостатке усваиваемых форм меди в почвах сельскохозяйственные культуры дают низкий и неполноценный по качеству урожай. Резко выраженный её недостаток ведёт к заболеванию растений. Такие болезни растений, как «болезнь обработки», пустозёрность злаков и некоторые другие вызываются острым дефицитом меди.

Медь, кроме участия в кроветворении, необходимо для нормального течения многих физиологических процессов - пигментации и керотинизации шерсти, формирование миелина, остеогенеза,

воспроизводительные функции и др. В организме взрослого здорового человека весом 70 кг содержится около 150-200 мгмеди.

Основное количество её приходится на мышечную ткань, скелет и кожу в связи с их относительно большой массой. Медь содержится в тканевых жидкостях, кровяной сыворотки (у мужчин меньше, чем женщин) и выделениях организма.

Медь для человека является незаменимым микроэлементов. Человек постоянно подвергается действию болезнетворных факторов внешней среды (проникающая радиация, электромагнитное поле, ультразвуковые волны, вредные химические соединения и микроорганизмы).

В синтезе белково-липидного комплекса, из которого состоит миелин, также участвует медь.

Перенос кислорода осуществляют красные кровяные тельца - эритроциты, с помощью железосодержащего пигмента - гемоглобина. От того, сколько в крови гемоглобина зависит, сколько кислорода смогут перенести эритроциты. Считается, что чем выше в крови процент содержания гемоглобина, тем сильнее иммунный ответ.

Образование гемоглобина совершенно невозможно без ионов меди. Поэтому одна из ее основных функций -кроветворение.

Установлено, что дефицит меди снижает антимикробную активность фагоцитов. Ослабленный фагоцит, «проглотив» микроб, вместо того чтобы переварить его, сам может стать жертвой, послужить источником питания и тем способствовать размножению бактерий.

Но, если бактерии уничтожены, иммуноциты начинают очистку от токсинов и «останков» своих и чужих клеток. Воспалительные процессы стихают, наступает выздоровление. В этом случае говорят о противовоспалительном значении меди.

Многие заболевания, как у детей, так и у взрослых сопровождаются выраженным дефицитом меди. Тяжелые формы анемии у детей - проявление сочетанной недостаточности меди и железа. При лейкозах, в основе которых лежат злокачественные превращения кроветворных клеток, организм человека теряет способность нормально включать медь в обмен веществ.

Свинец входит в состав более 200 минералов, в большинстве из них он является примесью и только 3 минерала образуют промышленные запасы: галенит РЪ8, англезит PbsCU, церуссит РЬСОз. Свинец находится в составе таких почвообразующих минералах, как калиевые полевые шпаты. В осадочных породах основная масса свинца сосредоточена в глиняной фракции.

В речных водах свинец содержится в растворенном виде и во взвешенном веществе. В различных реках может преобладать как растворенная, так и взвешенная форма свинца.

Свинец из атмосферы поступает на поверхность Земли в двух основных формах: водорастворимой и твердой, последняя в виде атмосферной пыли различного размера.

Источники поступления свинца в атмосфере делятся на 2 группы: поступление в результате естественных природных производств (извержения вулканов, с поверхности морей и океанов) и в результате антропогенных производств (выбросы

металлургических комбинатов, выбросы любых промышленных предприятий).

При выплавке свинца на каждую тонну получаемого металла в окружающую среду выбрасывалось до 25 кг. В целом такой ежегодный выброс составляет около 50 тыс.т.свинца.

Свинец - давно известен своим токсичным действием на организм человека. Отравление свинцом проявляется неспецифическими симптомами: вначале повышенная возбудимость и бессонница, позже утомляемость и депрессия. Более поздние симптомы заключаются в расстройстве функции нервной системы и в поражении головного мозга. Свинец, также как и другие тяжелые металлы, кадмий, ртуть, отрицательно влияет на глазную сетчатку и ухудшает зрение.

Ртуть и ее соединения очень ядовиты. Ртуть входит в десятку наиболее опасных ядов. Особенно опасны соединения со связью C-Hg, а любое соединение ртути, попадающее в организм, обретает такие связи. Кроме того ртуть образует прочные связи с серой, связывает белки и они утрачивают свою биологическую роль. Попадая в организм она не выводится из него, а постоянно накапливается, поэтому возможны хронические отравления.

Металлическая ртуть - используется для

изготовления катодов при электрохимическом

получении едких щелочей и хлора. В производстве люминесцентных ламп, термометров, барометров, манометров и других измерительных приборов.

Сулема - применяется для дезинфекции и для протравливания семян, используется в медицине.

Фульминат ртути (II)- взрывчатое вещество, используется в капсюлях

патронов и снарядов в качестве детонаторов.

Соли ртути (II) - используют в качестве катализаторов в органическом синтезе.

Важность наличия серебра в организме и, в частности, в форменных элементах крови, иллюстрируется тем обстоятельством, что в одном эритроците содержатся близкие количества атомов кобальта и серебра, что свидетельствует о том, что Ag не является случайным микроэлементом. Хотя биологическая роль серебра формально неизвестна, некоторые данные позволяют предположить, что эта роль заключается, прежде всего,

в поддержании стабильности геномов соматических клеток. Известно, что серебро связывается с азотистыми основаниями ДНК, вследствие чего снижается жизнеспособность бактерий. Вероятно, сходно воздействие Ag и на геномы вирусов. Обнаружено положительное влияние серебра на улучшение иммунитета, что связано с усилением обмена веществ. К 1910 году коллоидное серебро использовалось для лечения инфекционных заболеваний и септических осложнений. Среди них: брюшной тиф, паратиф, скарлатина, лепра, менингит, сифилитические раны, гонорея, мягкий шанкр, эндометрит, цистит, простатит, пневмония, эндокардит, фурункулез, трахома, кератит, конъюнктивит, гингивит, стоматит. А также, для лечения заболеваний хирургического профиля, требующих подавления патогенной микрофлоры в зоне раневой поверхности: абсцессы, аппендицит, мастит, нагноение придаточных пазух полости носа, нагноение.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >