Использование окислительно-восстановительных реакций в химическом анализе

Окислительно-восстановительные реакции широко используются как в качественном, так и в количественном анализе. В агрохимическом анализе определение многих элементов питания растений (азот, фосфор и др.) основано на окислительно-восстановительных реакциях. С помощью окислительно-восстановительных реакций в качественном анализе устанавливают присутствие катионов, анионов, нейтральных веществ.

Рассмотрим некоторые примеры. Для обнаружения катионов двухвалентного марганца Мп²+ их окисляют до перманганат-ионов МПО4, которые окрашивают раствор в фиолетово-малиновый цвет. Например, при прибавлении твердого висмутата натрия NaBi0₃ к раствору, в котором присутствуют катионы Мп²+, протекает реакция.

Характерные для нее полуреакции:

По появлению фиолетово-малиновой окраски конечного раствора судят о присутствии ионов Мп²⁺ в исходном анализируемом растворе.

Окислительно-восстановительные реакции применяют и для открытия анионов. Разработана классификация анионов по трем группам, основанная на их окислительно-восстановительных свойствах. Например, броматанион Вг0₃, арсенат-анион AsO^^-, нитрит-анион N0₂ вступают в реакции с иодидом калия, окисляя иодид-ионы Iдо свободного иода 1₂:

По появлению свободного иода (который обнаруживают, например, по посинению крахмала) судят о присутствии соответствующих анионов-окислителей в анализируемом растворе.

Анионы, обладающие восстановительными свойствами, окисляются иодом 1₂, например анионы S²~, SO3^-, 5₂0з", AsO§^-. Раствором перманганата калия КМп0₄ в сернокислой среде окисляются перечисленные выше анионы, а также С₂0^^_ (при нагревании раствора), В r^_, I^-, CN^-, SCNи СЬ, который реагирует медленно. Эти реакции используют для открытия соответствующих анионов.

Некоторые из методов количественного анализа основаны на использовании окислительно-восстановительных реакций. Так, при гравиметрическом определении железа (II) его предварительно окисляют до железа (Ш), прибавляя концентрированную азотную кислоту, после чего осаждают раствором аммиака в форме гидроксида железа (Ш), который затем прокаливают до оксида Fe₂0₃ и взвешивают. При этом протекают реакции:

Аналогично гравиметрически определяют иногда никель (II) в его соединениях, окисляя бромной водой никель (II) до никеля (III) с последующим осаждением гидроксида никеля (Ш), прокаливанием его до оксида Ni₂0₃ и взвешиванием последнего.

Один из разделов количественного титриметрического (объемного) анализа целиком основан на применении окислительно-восстановительных реакций — это окислительно-восстановительное титрование (оксидиметрия, редоксметрия). К наиболее распространенным методам редоксметрии относятся перманганатометрия, иодиметрия и иодометрия, броматометрия, нитритометрия, дихроматометрия, цериметрия. Все они используются в анализе различных биологических объектов.

Для определения галогенов, серы, фосфора в органических соединениях используют метод сжигания образца — озоление (почвы, растений) в атмосфере кислорода, при котором протекают глубокие окислительно-восстановительные процессы. При этом продукты сгорания (окисления) растворяют (сорбируют) в поглощающей жидкости, после чего анализируют образовавшийся раствор.