Степень окисления

Все металлы, образующие катионы этой группы, являются S-элементами второй группы ПСМ (ns²) и образуют соединения со степенью окисления +2. В окислительно-восстановительных процессах не участвуют.

Свойства гидроксидов

Гидроксиды этих элементов Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ являются сильными основаниями, в воде растворимость их увеличивается от Ca(OH)₂ к Ba(OH)₂. Получить их можно непосредственным растворением в воде оксидов или самих металлов.

Гидролиз солей

Поскольку основные свойства здесь выражены сильно, соли металлов II группы, образованные сильными кислотами, не подвергаются гидролизу и имеют в растворе реакцию, близкую к нейтральной (рН»6). Следовательно, гидролизу могут подвергаться только растворы солей слабых кислот, которые имеют щелочную реакцию.

4.4. Комплексообразование

Катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ как типичные S-элементы не образуют устойчивых комплексов.

Окраска соединений

Ионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ имеют законченные 8-электронные оболочки. В водных растворах эти ионы бесцветны.

Техника безопасности

При проведении анализа второй группы катионов соблюдать общие правила по технике безопасности в химических лабораториях. Растворимые соли бария и стронция ядовиты.

Лабораторная работа №2

«Изучение свойств катионов II аналитической группы и анализ их смеси»

Цель работы: изучение свойств солей, гидроксидов ионов Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺; знакомство с методами разделения и обнаружения.

Общие реакции катионов II группы

Проделать реакции катионов с веществами, представленными в табл. 3. Записать уравнения реакций.

Таблица 3

Реакции обнаружения катионов второй группы

Барий

К 2-3 каплям растворимой соли бария прилить 3-4 капли раствора K₂Cr₂O₇. Реакцию проводят в присутствии ацетата натрияCH₃COONa. Эта реакция используется не только для открытия ионов бария, но и для отделения его от ионов кальция и стронция.

2BaCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O « 2BaCrO₄¯ + 2KCl + 2HCl

                             жёлтый

2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O « 2BaCrO₄¯ + 2H⁺

Бихромат калия образует с ионом Ba²⁺ жёлтый осадок BaCrO₄, а не BaCr₂O₇, как можно было бы ожидать. Растворимость хромата бария меньше, чем бихромата бария (ПР BaCrO₄=1,8*10^-14, ПР BaCr₂O₇=1,2*10^-9), поэтому концентрация ионов CrO₄^2-, имеющихся в растворе данного равновесия:

Cr₂O₇^2- + H₂O « 2Cr₂O₄^2- + 2H⁺,

достаточна, чтобы образовался именно BaCrO₄.

Полнее реакция осаждения хромата бария идёт в присутствии избытка ацетата натрия, понижающего концентрацию образующих катионов водорода с образованием слабой кислоты СН₃СООН:

СН₃СОО^- + Н⁺ ® СН₃СООН   

Избыток СН₃СООNа создаёт ацетатную буферную смесь, поддерживающую значение рН»5.

Нейтрализовать ионы водорода щёлочью нельзя, так как при больших значениях рН выпадает жёлтый осадок хромата стронция и реакция становится неспецифичной.

Кальций

Микрокристаллоскопическая реакция. С помощью этой реакции можно открыть ионы кальция в присутствии небольших количеств других ионов. 1 каплю раствора соли кальция нанести на предметное стекло и добавить 1 каплю H₂SO₄ 2н и слегка подсушить на воздухе так, чтобы подсох только край капли. Образующиеся красталлы гипса CaSO₄*2H₂O имеют игольчатую форму (напоминающую снежинки) при рассмотрении под микроскопом (рис. 1). Открытию иона кальция мешает большая концентрация ионов Ba^2+.

Рис. 1. Кристаллы сульфата кальция

Стронций

К двум каплям соли стронция прилить 2-3 капли раствора (NH₄)₂SO₄. В результате реакции выпадает белый осадок SrSO₄¯.

Sr(NO₃)₂ + (NH₄)₂SO₄ ® SrSO₄¯ + 2NH₄NO₃

Обнаружению ионов Sr²⁺ мешают ионы Ca²⁺ и Ba²⁺.

5.4.Метод выщелачивания. В ходе анализа вторую группу катионов выделяют в виде соответствующих сульфатов, а так как они не растворяются в кислотах, их сначала переводят в карбонаты выщелачиванием. Метод выщелачивания заключается в следующем: к осадку сульфатов добавляют сухую соду Na₂CO₃ (1,5 микрошпателя) и 2 мл воды, раствор тщательно перемешивают, кипятят в течение 5-6 минут, затем центрифугируют. Центрифугат выливают, а к осадку опять добавляют Na₂CO₃ и воду, греют и центрифугируют. Процесс протекает по схеме

MeSO₄¯ + CO₃^2- ®MeCO₃¯ + SO₄^2-

                              осадок               избыток       осадок

Повторить операцию 2-3 раза, осадок промывают от ионов SO₄^2- водой и растворяют в уксусной кислоте:

                                                                  CO₂

MeCO₃ + 2CH₃COOH ® Me(CH₃COO)₂ + H₂CO₃

                                                                   H₂O

Чаще всего BaSO₄ полностью не превращается в карбонат, поэтому небольшая часть этого осадка может остаться. Проверить, отмыт ли осадок от ионов SO₄^2-, можно так: к 2-3 каплям промывной воды добавить 2н НСl до рН<7 и ВаСl₂. Если после этого выпадает осадок, то промыть ещё раз. После полного отмывания осадка от ионов SO₄^2- растворить его в уксусной кислоте.

После этой операции приступают к анализу смеси второй группы катионов.