Ионы d-элементов IIB группы

Реакции обнаружения ионов цинка Zn

Действие группового реагента (NH4)2S. Сульфид аммония образует с солями цинка белый осадок сульфида цинка ZnS:

ZnCl2 + (NH4)2S = ZnS + 2NH4Cl,

Zn2+ + S2- = ZnS.

Действие гидроксидов щелочных металлов. Растворы гидроксидов щелочных металлов (NaOH, КОН) осаждают из водных растворов солей Zn2+ осадок гидроксида цинка Zn(OH)2 белого цвета, проявляющий амфотерные свойства. В избытке щелочи осадок растворяется с образованием бесцветного раствора комплексной соли тетрагидроксоцинката натрия Na2[Zn(OH)4]:

ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2NaCl,

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4].

91.Общая характеристика р-элементов. Элементы III A группы. Типичные свойства важнейших соединений, их биологическая роль. Аналитические реакции на ионы Al³⁺.

Главную подгруппу III группы составляют элементы бор, алюминий, галлий, индий и таллий, элементы относятся к р-элементам. На внешнем энергетическом уровне они имеют по три (s²p¹) электрона, чем объясняется сходство свойств.Степень окисления +3. Внутри группы с увеличением заряда ядра металлические свойства увеличиваются. Бор — элемент-неметалл, а у алюминия уже металлические свойства. Все элементы образуют оксиды и гидроксиды.В реакциях с водой они образуют растворимые в воде основания (щелочи).

На внешнем электронном уровне элементов главной подгруппы имеется по 3 электрона (s²р¹). Они легко отдают эти электроны или образуют 3 неспаренных электрона за счет перехода 1 электрона на р-уровень. Для бора и алюминия характерны соединения только со степенью окисления +3 У элементов подгруппы галлия (галлий, индий, таллий) на внешнем электронном уровне также находится по 3 электрона, образуя конфигурацию s²р¹, но они расположены после 18-электронного слоя. Поэтому в отличие от алюминия галлий обладает явно неметаллическими свойствами. Эти свойства в ряду Ga, In, Тl ослабевают, а металлические свойства усиливаются. У элементов подгруппы скандия на внешнем электронном уровне также находится по 3 электрона. Однако эти элементы относятся к переходным d-элементам, электронная конфигурация их валентного слоя d¹s². Эти электроны все 3 элемента довольно легко отдают.Элементы подгруппы лантаноидов имеют отличительную конфигурацию внешнего электронного уровня: у них застраивается 4f -уровень и исчезает d-уровень. Начиная с церия, все элементы, кроме гадолиния и лютеция, имеют электронную конфигурацию внешнего электронного уровня 4fⁿ6s² (гадолиний и лютеций имеют 5d¹-электроны). Число n изменяется от 2 до 14. Поэтому в образовании валентных связей принимают участие s- и f-электроны. Чаще всего степень окисления лантаноидов +3, реже +4.Электронное строение валентного слоя актиноидов во многом напоминает электронное строение валентного слоя лантаноидов. Все лантаноиды и актиноиды - типичные металлы.Все элементы III группы обладают очень сильным сродством к кислороду и образование их оксидов сопровождается выделением большого количества теплоты.Бор относится к примесным микроэлементам, его мас–совая доля в организме человека составляет 10-5 %. Бор концентрируется главным образом в легких (0,34 мг), щитовидной железе (0,30 мг), селезенке (0,26 мг), пече–ни, мозге (0,22 мг), почках, сердечной мышце (0,21 мг). Биологическое действие бора еще недостаточно изуче–но. Известно, что бор входит в состав зубов и костей, очевидно, в виде труднорастворимых солей борной кис–лоты с катионами металлов.Избыток бора вреден для организма человека. Имеют–ся данные, что избыток бора угнетает амилазы, проте-иназы, уменьшает активность адреналина.По содержанию в организме человека (10-5 %) алю–миний относится к примесным микроэлементам. Алю–миний концентрируется главным образом в сыворотке крови, легких, печени, костях, почках, ногтях, волосах, входит в структуру нервных оболочек мозга человека.Суточное потребление алюминия человеком состав–ляет 47 мг. Алюминий влияет на развитие эпителиаль–ной и соединительной тканей, на регенерацию костных тканей, влияет на обмен фосфора.Алюминий оказывает воздействие на ферментатив–ные процессы.Избыток алюминия в организме тормозит синтез ге–моглобина, так как благодаря довольно высокой комп-лексообразующей способности алюминий блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветво–рении. Имеются данные, что алюминий может катали–зировать реакцию трансаминирования.Галлий – примесный микроэлемент (содержание в ор–ганизме человека 10−6—10−5%). Биологическая роль гал–лия в живых организмах почти не выяснена.Таллий относится к весьма токсичным элемен–там. Ион Т1 склонен подобно Ag+ образовывать прочные соединения с серосодержащими лигандами.Вследствие этого он очень токсичен, так как подав–ляет активность ферментов, содержащих тиогруппы – SH. Даже весьма незначительные количества соедине–ний Т1 + при попадании в организм вызывают выпадение волос.Вследствие близости радиусов К+ и Т1+ они обла–дают сходными свойствами и способны замещать друг друга в ферментах. Ионы Т1 и К являются синергистами. Этим объясняется тот факт, что ферменты пиру-ваткиназа и диолдегидратаза активируются не только ионами К, но и ионами Т1 (ион Т1 замещает ион К в ка–талитическом центре ферментов). Синергизм тал–лия и калия проявляется и в том, что подобно ионам К ионы Т1 накапливаются в эритроцитах.В качестве противоядия при отравлении ионами Т1 используют серосодержащий лиганд – аминокислоту цистин.В заключение необходимо отметить, что биологи–ческая роль р-элементов IIIA-группы изучена недоста–точно. В настоящее время известно, что бор и галлий взаимодействуют в растениях с ингибиторами их раз–вития полифенолами, уменьшая токсичность послед–них. Установлена также несомненная роль алюминия в построении эпителиальной и соединительной тканей и, кроме того, его участие в ферментативных процес–сах как в качестве активатора, так и в качестве ингиби–тора. Свойством ингибировать многие серосодержа–щие ферменты обладает ион Т1.Биологическая активность р-элементов IIIA-группы связана главным образом с их способностью к обра–зованию комплексных соединений с кислородсодер–жащими лигандами и нерастворимых фосфатов.

Качественная реакция на ион алюминия
Характерной реакцией на ион алюминия является реакция образования окрашенного соединения с ализарином. Реакцию проводят обычно капельным методом на фильтровальной бумаге.
На полоску фильтровальной бумаги нанести каплю раствора Al₂(SO₄)₃ и обработать парами аммиака над фарфоровой чашкой. Периферию образовавшегося пятна обработать спиртовым раствором ализарина. Наблюдать образование красного пятна «алюминиевого лака».

Аналитические реакции катиона алюминия Al³⁺

1. Реакция с щелочами: А1³⁺ + 3 ОН- -► А1(ОН)₃ (белый) А1(ОН)₃ + 3 ОН- -> [А1(ОН)₆]³-После растворения гидроксида алюминия и образования гидроксокомплексов алюминия к раствору прибавляют несколько кристаллов соли аммония (NH₄C1). Смесь нагревают. Гидроксокомплексы разрушаются выпадает осадок А1(ОН)₃: [А1(ОН)₆]³- + 3 NH₄⁺ -> А1(ОН)₃ + 3 NH₃ + 3 Н₂ОНаиболее полное осаждение гидроксида алюминия происходит при рН- 5-6. Осадок А1(ОН)₃ растворяется в кислотах, но не растворяется в аммиаке.2. Реакция с аммиаком.А1³⁺ + 3 NH_rH₂O -> А1(ОН)₃1 (белый аморфный) + 3 NH₄⁺3. Реакция с нитратом кобальта - образование -тенаровой сини- (фармакопейная).-Тенаровая синь- - смешанный оксид алюминия и кобальта синего цвета.2 A1₂(SO₄)₃ + 2 Co(NO₃)₂ —tT-> 2 Со(А1О₂)₂ + 4 NO₂ + 6 SO₃ + O₂.4. Реакция с алюминоном Катионы А1³⁺ при взаимодействии с алюминоном – аммонийной солью ауринтрикарбоновой кислоты (для кратности NH₄L) образуют в уксуснокислой или аммиачной среде комплекс красного цвета (по-видимому, состав A1(ОН)₂ L. Точное строение комплекса неизвестно. Выпадает красный хлопьевидный осадок. Мешают катионы Са²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺5. Реакция с ализарином (1,2 - диоксиантрахинон).Катионы А1³⁺ с ализарином и его производными в аммиачной среде образует комплексы ярко красного цвета называемые -алюминиевыми лаками-.Комплекс устойчив в уксусной среде. Реакция высокочувствительна: предел обнаружения 0,5 мкг. Мешают катионы: Zn²⁺, Sn(II), Cr³⁺, Mn²+, Fe³⁺ и др.Другие реакции катиона алюминия А1³⁺.Катионы А1³⁺ образуют также осадки при реакциях в растворах: с Na₂HPO₄ - белый А1₃РО₄, с CH₃COONa- белый СН₃СООА1(ОН)₂, с оксихинолином (кратко Но_х) - желто-зеленый [А1(О)₃] и др.

1.4.1. Ализарин (1,2-диоксиантрахинон) С₁₄Н₆О₂(ОН)₂ образует с гидроксидом алюминия малорастворимое внутрикомплексное соединение ярко-красного цвета – «алюминиевый лак»:

Выполнению реакции мешает присутствие гидроксидов Zn(OH)₂, Сr(ОН)₃, Sn(OH)₂, которые с ализарином также дают окрашенные «лаки». В ходе анализа смеси катионов III группы ион цинка (II) образует комплекс Zn(NH₃)₄²⁺, а ион хрома (III) окисляется до СrО₄^2–, поэтому обнаружению А1³⁺ не мешают. Другие мешающие ионы можно предварительно связать действием K₄[Fe(CN)₆] в труднорастворимый комплекс (капельный метод). Предел обнаружения реакции 0,5 мкг.

Выполнение реакций:

а. В пробирку поместить 2–3 капли раствора соли алюминия и несколько капель 2 М раствора NH₄OH до образования осадка А1(ОН)₃. Нагреть и добавить 3–4 капли раствора ализарина. Осадок А1(ОН)₃ окрашивается в ярко-красный цвет.

б. Эту реакцию можно выполнять капельным методом. На полоску фильтровальной бумаги нанести каплю раствора соли алюминия. Когда раствор впитается в бумагу, подержать полоску над открытой склянкой с концентрированным раствором аммиака. На влажное пятно нанести каплю ализарина и вновь обработать его парами аммиака. Подсушить пятно до перехода фиолетовой окраски ализарина в желтую, на фоне которой наблюдается ало-красное пятно «алюминиевого лака».

1.4.2. Алюминон (аммонийная соль ауринтрикарбоновой ки-слоты) с гидроксидом алюминия образует красные хлопья «алюминиевого лака». Реакция протекает медленно. Ее проведению мешает присутствие катионов Cr³⁺, Fe³⁺, Ca²⁺, которые дают аналогичный «лак», разрушаемый при действии NH₄OH или (NH₄)₂CO₃.

Выполнение реакций. К 2 каплям раствора соли алюминия, подкисленного уксусной кислотой, прибавить 1–2 капли 0,01 % раствора алюминона, нагреть на водяной бане и прибавить раствор NH4OH до появления запаха аммиака и 2–3 капли раствора (NH₄)₂CO₃.

92.Элементы IV А группы. Типичные свойства важнейших соединений в природе и их биологическая роль. Аналитические реакции на ионы Pb²⁺.

Главную подгруппу IV группы периодической системы элементов составляют углерод, кремний, германий, олово и свинец. Элемент Номер Атомная масса Электронная конфигурация Углерод б 12,011 l.v!2r2/>; Кремний 14 28,085 1 л-22.уг2/>л3л-33/ї- Германий 32 72,59 Іл^г/^ЗpV4.r4p2 Олово 50 118,69 Ь^-2/>ЧгЗ/)лЗМ<Г5л-5/>г Свинец 82 207.2

Электронная конфигурация./^-элементы. Внешний электронный алой содержит по четыре электрона, электронная формула внешнего слоя пЛір1. Углерод и кремний являются неметаллами, германий, олово и свинец — переходными элементами.

Свойства. Элементы этой подгруппы образуют оксиды с общей формулой RO и RO, н водородные соединения с формулой RH4. От углерода к свинцу свойства оксидов изменяются от кислотных (СО,, SiO,) до амфотерных (SnO,, PbO,). PbO и SnO являются основными оксидами. От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных соединений. Изменяется и характер гидратов: так, Н,СО,. H,SiO}—слабые кислоты: Pb(OH),, Sn(OH),, Ge(OH),—амфотерные основания. В подгруппе с ростом порядкового номера уменьшается энергия ионизации и увеличивается атомный радиус, т. е. неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.

Частные аналитические реакции ионов Pb²⁺

1.2.3. Хромат калия К₂СrO₄ и дихромат калия К₂Сr₂О₇ с ионами Рb²⁺ образуют желтый осадок РbСrО₄ (K_S0 = 1,8 •10^–14):

Рb²⁺ + СrО₄^2– → РbСrО⁴ ↓ , 2Pb²⁺ + Cr₂O₇^2– + H₂O → 2PbCrO₄ ↓ + 2Н⁺.

Осадок РbСrО₄ мало растворим в HNO₃, не растворяется в СН₃СООН, но легко растворяется в растворах щелочи:

РbCrO₄ + 4ОН^– → РbО₂^2– + CrO₄^2– + 2Н₂О.

Выполнение реакций.В две пробирки поместить по 2–3 капли раствора Pb(NO₃)₂ и прибавить в одну пробирку 1–2 капли рас-твора К₂СrO₄, в другую–1–2 капли раствора К₂Сr₂O₇. Исследовать растворимость полученного осадка в 2 М растворах HNO₃, CH₃COOH, NaOH, прибавляя к осадку по 3–4 капли реактива. Условия проведения реакции – среда должна быть нейтральной или слабокислой.

1.2.4. Иодид калия KI дает с ионами Рb²⁺ желтый осадок Рb²:

Рb²⁺ + 2I^– → РbI₂ ↓.

Выполнение реакции. К 1–2 каплям раствора Pb(NO₃)₂ прибавить 1–2 капли раствора KI. К полученному осадку прибавить несколько капель воды, 2 М раствор СН₃СООН и нагревать на водяной бане в течение 1–2 мин до растворения осадка. При резком охлаждении раствора под струей холодной воды наблюдать образова-ние блестящих золотистых кристаллов. Условия проведения реакции – слабокислая среда, рН = 3÷5; реактив нельзя брать в избытке во избежание растворения осадка вследствие образования комплексного иона РbI₄^2–. Реакция является специфической на ион Рb²⁺.

1.2.5. Важное значение в анализе имеют также реакции катионов I аналитическое группы с едкими щелочами, гидрофосфатом натрия.

93.Элементы V A группы. Типичные свойства важнейших соединений азота и фосфора, их биологическая роль. Аналитические реакции ионов NO₃^–, PO₄^3–

Главная подгруппа V группы периодической системы Д.И. Менделеева включает пять элементов: типичные p-элементы азот N, фосфор P, а также сходные с ними элементы больших периодов мышьяк As, сурьму Sb, и висмутBi. Они имеют общее название пниктогены. Атомы этих элементов имеют на внешнем уровне по 5 электронов (конфигурация ns² np³).В соединениях элементы проявляют степень окисления от -3 до +5. Наиболее характерны степени +3 и +5. Для висмута более характерна степень окисления +3.

При переходе от N к Bi радиус атома закономерно возрастает. С увеличением размеров атомов уменьшается энергия ионизации. Это значит, что связь электронов наружного энергетического уровня с ядром у атомов ослабевает, что приводит к ослаблению неметаллических и усилению металлических свойств в ряду от азота к Bi.Азот и фосфор – типичные неметаллы, т.е. кислотообразователи. У мышьяка сильнее выражены неметаллические свойства. У сурьмы неметаллические и металлические свойства проявляются приближенно в одинаковой степени. Для висмута характерно преобладание металлических свойств.У атома азота три неспаренных электрона. Поэтому валентность азота равна трем. Из-за отсутствия у него d-подуровня на внешнем уровне его электроны разъединиться не могут. Однако в результате донорно-акцепторного взаимодействия азот становится четырехвалентным.У атомов фосфора и последующих элементов VА группы имеются свободные орбитали на d-подуровне и переходя в возбужденное состояние будут разъединятся 3s-электроны. В невозбужденном состоянии у всех элементов 5А группы валентность равна 3, а в возбужденном состоянии всех, кроме азота, равна пяти.Элементы этой группы образуют газообразные водородные соединения (гидриды) типа ЭН₃ , в которых степень их окисления -3. NH₃ аммиакPH₃ фосфинAsH₃ арсинSbH₃ стибинBiH₃ висмутин AsH₃, SbH₃ газы с неприятным запахом, легко разлагаются. Чрезвычайно ядовиты.

В кислородных соединениях для элементов VА группы наиболее характерны степени окисления +3 и +5. Для висмута более характерна степень окисления +3.Все элементы VА группы имеют оксиды типа Э₂О₅ и гидроксиды НЭО₃или Н₃ЭО₄ , которые обладают кислотными свойствами. Кроме того для них характерны оксиды типа Э₂О₃ и соответствующие гидроксиды НЭО₂ или Н₃ЭО₃ , у азота и фосфора они имеют кислотные свойства, у мышьяка и сурьмы – амфотерные, а у висмута проявляют основной характер.

Характерно также образование галидов типа ЭГ₃ (тригалиды), которые (за исключением NF₃) гидролизуются по схеме:ЭГ₃ + 3Н₂О = Н₃ЭО₃ + 3НГ;ЭCl₃ + H₂O = H₃ЭО₃ + 3НCl но в присутствии галоводородной кислоты галиды сурьмы и висмута гидролизуются с образованием галоксидов, напримерSbCl₃ + H₂O = SbOCl + 2HCl Группу SbO⁺ называют антимонилом, а соединение SbOCl – хлоридом антимонила. Для фосфора, мышьяка и сурьмы известны пентафториды ЭF₅ , а для фосфора и сурьмы пентахлориды ЭCl₅ Мышьяк и сурьма имеют ряд аллотропных форм. Наиболее устойчивые металлические формы серого (As) и серебристо-белого (Sb) цвета. Это хрупкие вещества, легко превращаемые в порошок. Висмут – металл серебристо-белого цвета с едва заметным розовым оттенко Соединения As, Sb, Bi ядовиты. Особо опасны соединения As³⁺ (AsH₃- арсин).