Аналитическая химия как наука, разрабатывающая теоретические основы и методы химического анализа. Обнаружение или открытие отдельных элементов или ионов, входящих в состав вещества. Строение внешнего электронного слоя атомов. Избытки группового реагента.
Аннотация к работе
Сначала устанавливают качественный состава вещества, т.е. решают вопрос, из каких элементов, групп элементов или ионов состоит это вещество, а затем приступают к определению количественного состава: узнают, в каких количественных соотношениях обнаруженные составные части находятся в данном веществе. химия реагент атом Аналитическая химия и, в частности, качественный анализ, о котором и пойдет речь, имеют огромное научное и практическое значение, представляя совокупность методов исследования веществ и их превращений. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют Сурьму с образованием хлорида SBCL3 и сульфата Sb2(SO4)3; концентрированная азотная кислота окисляет Сурьму до высшего оксида, образующегося в виде гидратированного соединения XSB2O5•УН2О. Главную подгруппу V группы составляют р-элементы: азот N, фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb и висмут Bi. Эти различия проявляются как в свойствах простых веществ, образуемых элементами, так и в свойствах сложных веществ, прежде всего оксидов и гидроксидов: Аналогичные соединения со степенью окисления элементов 5 имеют более кислотный характер, но их устойчивость снижается с увеличением порядкового номера элемента так, что для сурьмы и висмута они вообще не являются характерными.
Введение
Аналитическая химия - это наука, разрабатывающая теоретические основы и методы химического анализа. Практической задачей аналитической химии является установление химического состава веществ или их смесей. Сначала устанавливают качественный состава вещества, т.е. решают вопрос, из каких элементов, групп элементов или ионов состоит это вещество, а затем приступают к определению количественного состава: узнают, в каких количественных соотношениях обнаруженные составные части находятся в данном веществе. химия реагент атом
Обнаружение или "открытие" отдельных элементов или ионов, входящих в состав вещества, является задачей качественного анализа.
Определение количественного содержания отдельных составных частей исследуемого вещества является задачей количественного анализа.
Аналитическая химия и, в частности, качественный анализ, о котором и пойдет речь, имеют огромное научное и практическое значение, представляя совокупность методов исследования веществ и их превращений. Важнейшую роль она играет также и в смежных с химией областях науки - минералогии, геологии, физиологии, микробиологии, а также в медицинских, агрономических и технических науках. Почти при всяком научном исследовании, так или иначе соприкасающемся с химическими явлениями, приходится пользоваться методами аналитической химии.
Краткая характеристика элементов, соответствующих данным ионам
Сурьма
Конфигурация внешних электронов атома Sb 5s25p3. В соединениях проявляет степени окисления главным образом 5, 3 и -3. В химическом отношении Сурьма малоактивна. На воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления. С азотом и водородом не реагирует. Углерод незначительно растворяется в расплавленной Сурьме. Металл активно взаимодействует с хлором и других галогенами, образуя галогениды сурьмы. С кислородом взаимодействует при температуре выше 630 °С с образованием Sb2О3. При сплавлении с серой получаются сульфиды сурьмы, так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. Сурьма устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют Сурьму с образованием хлорида SBCL3 и сульфата Sb2(SO4)3; концентрированная азотная кислота окисляет Сурьму до высшего оксида, образующегося в виде гидратированного соединения XSB2O5•УН2О. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты - антимонаты (MESBO3•3H2O, где Me - Na, К) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты - метаантимониты (MESBO2•3H2O), обладающие восстановительными свойствами. Сурьма соединяется с металлами, образуя антимониды.
Висмут
Висмут - металл серебристо-белого цвета, хрупок и легко измельчается в порошок. В соединениях проявляет валентность 3 , 5 . Во влажном воздухе Висмут покрывается слоем окиси, при нагревании на воздухе легко сгорает в трехокись Bi2O3. В соляной и разбавленной серной кислотах не растворяется, при действии азотной кислоты или смеси HCL и HNO3 легко переходит в раствор. Висмут непосредственно соединяется с серой и галогенами. Со многими металлами Висмут дает сплавы. Металлический Висмут применяется для изготовления легкоплавких сплавов, в ядерных реакторах как теплоноситель и др. Соединения Висмута применяются в медицине.
Характеристика V группы
Главную подгруппу V группы составляют р-элементы: азот N, фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb и висмут Bi. Атомы этих элементов имеют на внешнем энергетическом уровне по 5 электронов, из которых два спаренных находятся на s-подуровне, а три неспаренных на р-подуровне.
Одинаковое строение внешнего электронного слоя атомов обусловливает ряд общих характеристик рассматриваемых элементов. Высшая степень окисления в соединениях равна 5 (все 5 валентных электоонов смещаются к более электроотрицательным атомам); низшая степень окисления равна -3 (атомы могут смещать к себе от менее электроотрицательных атомов недостающие до завершения октета 3 электрона). В связи с этим высшие оксиды имеют общую формулу R205, а водородные соединения - RH3.Из промежуточных степеней окисления 3 является общей для всех элементов.
Изменение свойств элементов по мере увеличения атомного радиуса (сверху вниз по подгруппе) происходит гораздо более резко, чем в главных подгруппах VII и VI групп. Первые два элемента (азот и фосфор) являются типичными неметаллами, мышьяк уже проявляет признаки металличности, значительно усиливающиеся у сурьмы и висмута, которые принадлежат к металлам. Эти различия проявляются как в свойствах простых веществ, образуемых элементами, так и в свойствах сложных веществ, прежде всего оксидов и гидроксидов:
Аналогичные соединения со степенью окисления элементов 5 имеют более кислотный характер, но их устойчивость снижается с увеличением порядкового номера элемента так, что для сурьмы и висмута они вообще не являются характерными.
Усиление металличности элементов сверху вниз по подгруппе проявляется и в свойствах образуемых ими газообразных водородных соединений. В ряду NH3-PH3- ASH3-SBH3-BIH3 устойчивость молекул резко уменьшается, висмутин BIH3 разлагается уже при комнатной температуре. По химическим свойствам они принципиально отличаются от аналогичных водородных соединений галогенов и халькогенов: водные раствора NH3 и РН3 обладают слабоосновными свойствами, а не кислотными (как например, HCL и H2S). Общей важной характеристикой водородных соединений элементов подгруппы азота является их неприятный запах и ядовитые свойства, которые усиливаются в ряду
Групповой реагент
При систематическом ходе анализа катионы выделяют из сложной смеси не поодиночке, а целыми группами, пользуясь их одинаковым отношением к действию некоторых реагентов, называемых групповыми реагентами. Групповой реагент, в общем случае, должен удовлетворять следующим требованиям: - групповой реагент должен осаждать отделяемые ионы практически полностью, то есть их концентрация в растворе после осаждения не должна превышать 10-6 моль/л;
- полученный после действия группового реагента осадок должен легко переводиться в раствор (растворяться в кислотах, растворах комплексообразующих лигандов и т. д.);
- избыток группового реагента не должен мешать определению ионов, оставшихся в растворе.
Качественные реакции с групповым реагентом
Групповой реагент - водный раствор NAOH или КОН в избытке.
При действии группового реагента катионы пятой аналитической группы осаждаются из водных растворов в виде гидроксидов: Mg(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)2, SBO(OH)2 и Bi(OH)3. Гидроксиды катионов пятой группы не растворяются в избытке группового реагента в отличие от катионов четвертой аналитической группы.
На воздухе гидроксиды марганца (II) и железа (II) постепенно окисляются кислородом: 4Fe(OH)2v О2 2Н2О > 4 Fe(OH)3
2Mn(OH)2v О2 > 2 MNO(OH)2
При действии группового реагента в присутствии пероксида водорода происходит окисление железа (II) до железа (III), марганца (II) до марганца (IV), сурьмы (III) до сурьмы (V): 2Fe(OH)2 Н2О2 > 2 Fe(OH)3
Mn(OH)2 Н2О2 > MNO(OH)2 Н2О
Sb(OH)2 Н2О2 > SBO(OH)3 Н2О
Свежеосажденные гидроксиды катионов V группы растворяются в уксусной кислоте и минеральных кислотах. Гидроксиды Mg(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2 растворяются в насыщенном растворе NH4CI.
Катионы V группы участвуют в окислительно- восстановительных реакциях (за исключением Mg2 ) и обладают тенденцией к комплексообразованию.
Растворы солей Fe2 окрашены в бледно-зеленый цвет, разбавленные растворы бесцветны.
Растворы солей Fe3 имеют желтую или красно-бурую окраску. Соли Mn2 имеют бледно- розовую окраску, а разбавленные растворы бесцветны, анион MNO4- - малиновый. Растворы солей магния и висмута бесцветны.
Растворимые соли катионов V группы, образованные сильными кислотами, в водных растворах, вследствие гидролиза, имеют кислую реакцию среды.
Качественный реакции ионов V группы
Качественная реакция на катион висмута (III) Bi3 .
Образование ярко-желтого раствора тетраиодовисмутата (III) калия K[BII4] при действии на раствор, содержащий Bi3 , избытком KI:
Bi(NO3)3 4KI = K[BII4] 3KNO3
Связано это с тем, что сначала образуется нерастворимый BII3, который затем связывается с помощью I- в комплекс.
Качественная реакция на катион сурьмы(III) Sb3 и сурьмы(V) Sb5 .
К нескольким каплям раствора или прибавьте воды. В результате гидролиза образуются белые осадки хлорокисей сурьмы: SBCL H2O = SBOCL 2HCL
SBCL5 2H2O = SBO2Cl 4HCL
Реакция восстановления ионов сурьмы металлическим железом. Подкислите исследуемый раствор хлористоводородной кислотой, прибавьте к нему мелко изрезанную железную проволоку (предварительно зачищенную наждачной бумагой) и нагрейте. В присутствии соединений сурьмы выделяются черные хлопья элементарной сурьмы: 3Fe 2Sb Fe 2Sb
Список литературы
1. Характеристика элементов - http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4291.html, http://chem100.ru/elem.php?n=51, http://chem100.ru/text.php?t=0311
2. Характеристика 5-ой группы - https://ru.wikipedia.org/wiki/Подгруппа_азота
3. Качественная реакция ионов сурьмы (3) и (5) - http://alnam.ru/book_a_chem1.php?id=135
4. Качественная реакция на катион висмута (3) - http://xjlop.narod.ru/Mks.doc