Реакции осаждении лежат в основе ряда аналитических операций и широко используются для различных целей анализа:
1. Обнаружение ионов в растворе (осадок – аналитический сигнал) по образованию осадков определенного цвета или структуры (микрокристаллоскопия). Например:
а) гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] в слабокислой среде образует с ионами железа (III) темно-синий осадок гексацианоферрата (II) железа (III) (берлинская лазурь):
4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3↓;
б) оксалат аммония дает в растворах с солями кальция белый кристаллический осадок оксалата кальция, нерастворимый в уксусной кислоте:
Са2+ + С2О42- → СаС2О4↓;
в) гексанитрокобальтат (III) натрия Na3[Co(NO2)6] образует с солями калия в нейтральной среде кристаллический осадок желтого цвета К2Na[Co(NO2)6]:
2К+ + Na3[Co(NO2)6] → К2Na[Co(NO2)6] ↓ + 2Na+ ;
г) сульфат-ионы с ионами кальция образуют белый кристаллический осадок CaSO4·2H2O. Игольчатые кристаллы в виде пучков или звездочек наблюдаются под микроскопом;
д) ионы J- образуют с ионами свинца (II) в уксуснокислой среде желтый осадок в виде блестящих золотистых кристаллов:
Pb2+ + 2J- → PbJ2↓
2. Разделение катионов и анионов на аналитические группы. Сложные смеси веществ, используя реакции осаждения, можно разделить на группы в 3-5 ионов. Разделение на группы в значительной степени облегчает анализ, делает его систематическим. Для такого разделения подбираются соответствующие групповые реагенты. В зависимости от избранной классификации, это могут быть сульфид-ионы, карбонат-ионы, фосфат-ионы и т.д.
Кислотно-щелочная классификация базируется на получении осадков хлоридов, сульфатов, гидроксидов катионов. Например:
а) по кислотно-щелочной классификации для разделения смеси ионов NH4+, K+, Na+, Ag+, [Hg2]2+, Pb2+ к исследуемому раствору добавляют 2 М раствор соляной кислоты. Хлориды серебра, свинца, ртути (I) выделяются в виде осадка белого цвета (AgCl, PbCl2, Hg2Cl2), а хлориды ионов NH4+, K+, Na+ остаются в фильтрате. В дальнейшем каждая группа анализируется отдельно;
б) анионы 2-ой (Cl-, Br-, J-, S2-) и 3-ей (NO3-, NO2-, CH3COO-) аналитических групп можно разделить, вводя в исследуемый раствор нитрат серебра в присутствии азотной кислоты. При этом соли серебра анионов 2-ой группы выпадают в осадок, а 3-ей остаются в растворах.
3. Удаление мешающих ходу анализа ионов. Например:
а) присутствие в исследуемом растворе катионов бария мешает открытию ионов кальция и стронция, поэтому катионы бария удаляются при его открытии хроматом калия в уксуснокислой среде. Осадок хромата бария отфильтровывается, а в фильтрате затем открывают ионы Sr2+, Ca2+;
б) присутствие ионов Sr2+ мешает открытию ионов Ca2+. К исследуемому раствору приливают раствор сульфата аммония. При этом катионы стронция практически полностью переходят в осадок SrSO4, а основная часть катионов кальция остается в растворе в виде непрочного комплексного иона [Сa(SO4)2]2- и иона Ca2+. Ионы кальция открывают в центрифугате после отделения осадка SrSO4;
в) для открытия ионов магния в растворе, содержащем ионы железа, марганца, висмута, сурьмы, используют способность соединений Mg(OH)2 и (MgOH)2CO3 растворяются в солях аммония. К исследуемому раствору приливают хлорид или нитрат аммония, затем карбонат аммония. В осадок выпадают карбонаты железа, висмута, сурьмы, марганца, а катионы магния остаются в растворе, и после отделения осадка их можно открыть в фильтрате действием раствора гидрофосфата натрия Na2HPO4 механизм растворения гидроксидов, подобных Mg(OH)2 рассмотрен в §5 этой главы;
4. Исследование свойств осадков: растворимость, способность образовывать пересыщенные растворы, зависимость растворимости от температуры, растворимость в кислотах, щелочах и других растворителях.
5. Выделение из смеси соединений определяемых элементов с последующим их концентрированием из сильно разбавленных растворов.
6. Количественное определение ионов путем выделения в виде малорастворимых соединений, соответствующей их обработки (промывание, фильтрование, прокаливание) и взвешивания на аналитических весах (гравиметрия).
7. Количественное определение ионов в виде малорастворимых соединений путем титрования исследуемого раствора стандартным раствором реагента (Объемный анализ. Метод осаждения).