§ 3. Растворение анализируемого вещества в воде, кислотах и щелочах

Определение растворимости проводят с малыми количествами испытуемого вещества. Твердое вещество прежде всего следует растворить в воде (сначала в холодной, потом в горячей). Если вещество полностью в воде не растворяется, то осадок следует отцентрифугировать или отделить с помощью микропипетки (рис. 55). Часть водного экстракта собирают на часовое стекло и выпаривают на водяной бане. Если вещество растворимо хотя бы частично, то после выпаривания на часовом стекле остается остаток.

Затем исследуемое вещество пробуют растворить в разбавленной хлористоводородной кислоте. Если вещество не растворяется в разбавленной кислоте, то его растворяют в концентрированной хлористоводородной кислоте. Так же испытывают отношение веществ к азотной, серной, фтористоводородной (в платиновой или в полиэтиленовой посуде!) и хлорной кислотам, к царской водке, раствору аммиака, едким щелочам, органическим растворителям.

При растворении исследуемого вещества в воде, кислотах и основаниях следует внимательно наблюдать за происходящими явлениями сопутствующими процессам растворения.

Например, действие воды может сопровождаться гидролитическим расщеплением растворяемого вещества. При этом образуются осадки основных солей и гидроокисей, а раствор становится кислым или щелочным.

Действие соляной кислоты часто сопровождается выделением газообразного водорода (что указывает на наличие свободных металлов), газообразного хлора (что указывает на присутствие окислителей).

Действие азотной кислоты вызывает выделение окислов азота (что указывает на присутствие восстановителей) и т. д.

Желательно подобрать такой растворитель, в котором анализируемое вещество растворяется без остатка. Очень часто бывает, что анализируемая смесь частично растворяется в одном растворителе, частично в другом. Например, часть вещества растворяется в воде, часть — в хлористоводородной кислоте, а остаток — в растворе аммиака. В таких случаях пробуют из этих отдельных растворов сделать общую смесь, характеризующуюся кислой реакцией среды. Иногда при смешении вновь образуется осадок, тогда каждую часть исследуемого вещества (растворимую и нерастворимую) анализируют отдельно. Иногда образующийся при смешении осадок не мешает дальнейшему ходу анализа. Например, если смешать водную вытяжку, в которой находятся растворимые в воде соединения (например, ) с хлористоводородным раствором, в котором содержатся ионы ранее не растворившихся в воде соединений (например, ), и аммиачный раствор, содержащий, видимо, аммиакаты (например, ), то в осадок могут выпасть (вследствие нейтрализации аммиака) растворимые в аммиаке соединения (например, ), которые нисколько не мешают дальнейшему ходу анализа катионов.

Если все же после рекомендуемой обработки остается нерастворимый остаток, то его анализируют отдельно.

Нерастворимые в воде и кислотах вещества переводят в раствор другими методами (см. § 4).

Растворение солей и других соединений. При растворении соли или другого соединения поступают так, как указано выше. Если предварительно было установлено, что исследуемое вещество частично растворяется в воде, то сначала следует экстрагировать водой всю ту его часть, которая растворима в воде, а затем подвергнуть анализу на катионы и анионы.

Нерастворяющийся остаток обычно затем пробуют растворить в кислотах. При этом в случае частичного растворения анализируемого вещества желательно всякий раз извлекать из него все то, что растворяется в данном растворителе.

Рис. 5. Микропипетки Малярова: 1, 2 - стеклянные трубки; 3 — кружок фильтровальной бумаги; 4 — зажим.

При растворении в кислотах нерастворимых в воде соединений не следует забывать, что некоторые катионы при взаимодействии с хлористоводородной и серной кислотами образуют осадок малорастворимых хлоридов и сульфатов, а при взаимодействии с азотной кислотой могут протекать нежелательные процессы окисления.

Как правило, следует избегать избытка кислот.

Растворение металлов. Металлы (за исключением щелочных металлов, ) не реагируют с водой и переходят в раствор. Растворение металлов в кислотах обычно сопровождается выделением газообразного водорода, например:

Однако всегда при растворении металла в кислоте наблюдается выделение водорода. Так, при растворении металлов в азотной кислоте вместо водорода выделяются окислы азота:

При действии на некоторые металлы концентрированной серной кислоты выделяется двуокигь серы:

Способность металлов вступать во взаимодействие с водой и кислотами с образованием тех или иных продуктов реакций зависит от величин нормальных окислительно-восстановительных потенциалов реагирующих веществ.

Чем ниже нормальный окислительно-восстановительный , тем легче металл растворяется в воде и кислотах. Рассмотрим, например, ряд окислительно-восстановительных потенциалов:

В этом ряду наименьшим окислительно-восстановительным потенциалом обладает кальций , наивысшим — золото . И действительно, кальций растворяется не только в кислотах, но и в воде, а золото не растворяется ни в воде, ни в кислотах. Цинк, потенциал которого отрицательный, но меньше потенциала кальция, уже не растворяется в воде, но растворяется в хлористоводородной, серной и азотной кислотах. Медь и ртуть, окислительно-восстановительные потенциалы которых положительны, не растворяются в хлористоводородной, серной и азотной кислотах с выделением водорода. Это объясняется тем, что ионы водорода не окисляют металлы, обладающие положительным потенциалом. Такие металлы, как Си, , окисляясь азотной и серной кислотами, способны восстанавливать их соответственно до окислов азота и двуокиси серы.

При растворении в азотной и хлорной кислотах сплавов, содержащих сурьму, олово, мышьяк, фосфор, вольфрам, серу и т. п., образуются, соответствующие кислоты, например:

При растворении металлов или сплавов в царской водке образуются хлориды металлов или комплексные соединения. Действие царской водки основано на окислении и комплексообразовании (см. гл. XI, § 10).

Некоторые металлы и неметаллы ( и др.) растворяются в щелочах. Поэтому при анализе некоторые сплавы (например, алюминиевые) растворяют в -ном растворе . В раствор переходят алюминий, цинк, олово, кремний; в осадке остаются железо, магний, марганец, медь и другие нерастворимые в щелочах компоненты исследуемых сплавов.

Растворение сплавов. Изучением природы сплавов занимается металлография. Для исследования сплавов в металлографии пользуются термическим анализом, микроскопическим изучением шлифов и рентгеноструктурным анализом. Описание этих методов не входит в задачу курса качественного анализа. Поэтому в дальнейшем речь будет идти лишь о качественном химическом анализе сплавов.

В зависимости от основных элементов, входящих в состав сплавов, их делят на группы (черные, цветные, легкие и т. д.).

Некоторые сплавы можно различить по внешнему виду, как, например, легко отличить чугун от бронзы и баббита. Это значительно облегчает выбор схемы анализа.

Перед химическим анализом сплавы растворяют в кислотах или щелочах или сплавляют с и др. Сплав измельчают: с помощью сверла получают стружку, с помощью пилы или грубого напильника — опилки; если сплав хрупкий, то его измельчают в стальной ступке. Если сплав не растворяется в серной, хлористоводородной или азотной кислотах, то его обрабатывают царской водкой. Сплавы, содержащие алюминий и цинк, реагируют с едкими щелочами с выделением водорода и образованием цинкатов, алюминатов.

При растворении в азотной кислоте сплава, содержащего олово и сурьму, образуются осадки метаоловянной и сурьмяной кислот, которые затем сплавляют с и углем. При этом сурьма и олово восстанавливаются до металлов, их отделяют, растворяют в и полученные растворы анализируют. Если сплав содержит углерод или графит, то после растворения его в кислоте остается черный остаток. Остаток может также содержать кремневую кислоту.

При анализе сплавов главным образом устанавливают, какие металлы входят в его состав; кроме того, проверяют присутствие в сплаве углерода, кремния, фосфора, мышьяка и т. п. Для этого образец сплава растворяют в окислительной среде и тем самым переводят углерод в и т. п., т. е. в соединения, которые легко обнаружить с помощью качественных реакций.

Лучшими растворителями сплавов являются серная и азотная кислоты вследствие того, что при растворении в них металлов образуются нелетучие соединения; кроме того, в указанных кислотах растворяются и такие металлы, которые не реагируют с хлористоводородной кислотой.

Растворение ведут под тягой. Перед концом растворения смесь нагревают (лучше всего на водяной бане, чтобы не было перегрева). Полученный раствор выпаривают почти досуха, затем разбавляют водой и далее анализируют обычными способами. Если при растворении сплава образуется нерастворимый осадок, то его отфильтровывают и анализируют отдельно.

Иногда для ускорения растворения металла в серной кислоте к ней добавляют концентрированную перекись водорода (пергидроль).

Если сплав растворяют в щелочи, то при этом в раствор полностью переходят алюминий и цинк и частично другие металлы. Смесь разбавляют водой и фильтруют. Нерастворившийся остаток после тщательного промывания горячей водой растворяют в кислотах. Щелочной и кислый растворы анализируют раздельно.