Катионы 1 аналитической группы

Практическое занятие № 2

Тема: Качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп.

Методическая установка:

Сегодня на занятии мы должны изучить химические свойства и качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп, овладеть методикой проведения качественных и фармакопейных реакций катионов 1 и 2 аналитических групп.

Катионы 1 и 2 групп часто входят в состав лекарственных веществ, являются допустимыми или недопустимыми примесями в лекарственных препаратах. Фармацевты в своей работе ежедневно проводят фармакопейные реакции на перечисленные катионы.

Поэтому необходимо овладеть методикой проведения качественных реакций на катион 1 и 2 аналитических групп.

Таким образом, вы должны иметь представление о химических свойствах и качественных реакциях катионов 1 и 2 аналитических групп, знать принцип классификации катионов на группы, действие группового реактива, уметь проводить фармакопейные реакции на калий, натрий, аммоний, серебро, ртуть, свинец

 

Натрий и калий. Ионы Nа⁺ и К⁺ распределены по всему организму, причем первые входят преимущественно в со­став межклеточных жидкостей, а вторые находятся глав­ным образом внутри клеток.

Внутриклеточная концент­рация ионов натрия составляет менее 10 % его содержа­ния во внеклеточной жидкости, тогда как концентрация ионов калия внутри почти в 30 раз выше, чем вне их. Если оценивать абсолютные величины, то примерно 95 % ионов натрия, участвующих в обмене веществ, находятся вне клеток и примерно такая же доля ионов калия - внутри клеток. С ионами Nа⁺ связано осмотическое давление жидкостей, удержание воды тканями (15 г NаС1 задержи­вает в организме человека до двух литров жидкости), под­держание кислотно-щелочного равновесия в организме (NаНС0₃ - щелочной резерв крови - компонент гидрокар­бонатной буферной системы), перенос аминокислот и cа­харов через клеточную мембрану.

Ионы Nа⁺ и К⁺ активируют аденозинтрифосфатазу клеточных мембран, которая «включает» ионы Nа⁺ из клетки и обеспечивает сопряженное накопление ионов К⁺ в ней. Различные концентрации двух данных ио­нов по разные стороны от мембраны обусловливают возникновение трансмембранной разности потенциалов (до 100 мВ), что обеспечивает существование легкодоступного источника энергии для многих связанных с функциониро­ванием мембран процессов.

Ионы Nа⁺ и К⁺ оказывают существенное влияние на дея­тельность центральной нервной системы (ЦНС). Так, избы­ток ионов Nа⁺ в клетках коры головного мозга вызывает де­прессию, т.е. угнетение деятельности ЦНС. Наоборот, избы­ток ионов К⁺ в клетках коры головного мозга вызывает ма­ниакальное состояние, т.е. возбуждение деятельности ЦНС.

В практике применяются:

1. Хлорид натрия NаС1. В зависимости от его концентра­ции различают изотонический (физиологический) и гипер­тонический растворы. Изотоническим является 0,9 %-ный раствор NаС1, так как его осмотическое давление соответст­вует осмотическому давлению плазмы крови (780,2 кПа). Изотонический раствор применяют в качестве плазмо-замещающего раствора при обезвоживании организма, для растворения лекарственных веществ и т.д. Гиперто­нические растворы (с массовой долей NаС1 3, 5 и 10 %) применяют наружно в виде компрессов и примочек для лечения гнойных ран.

2. Гидрокарбонат натрия NаНС0₃ (питьевая сода). Вве­дение гидрокарбоната натрия в желудок приводит к быст­рой нейтрализации соляной кислоты желудочного сока и поэтому рассматривается как антацидное средство. При­меняют в порошках, таблетках и растворах при повы­шенной кислотности желудочного сока, язвенной болез­ни желудка и двенадцатиперстной кишки:

NаНС0₃ + НС1 = NаС1 + Н₂0 + С0₂.

3. Декагидрат сульфата натрия Nа₂S0₄ • 10Н₂О (глау­берова соль). Назначают внутрь в качестве слабитель­ного средства.

4. Декагидрат тетрабората натрия Nа₂В₄0₇ • 10Н₂О (бура). Применяют наружно как антисептическое сред­ство для спринцеваний, полосканий, смазываний, В вод­ных растворах бура легко подвергается гидролизу:

Nа₂В₄0₇ + 7Н₂0 = 4Н₃В0₃ + 2 NаОН.

Образующаяся при гидролизе борная кислота обладает антисептическим действием.

5. Йодид натрия NаI. Используют как препарат йода при эндемическом зобе.

6. Хлорид калия КС l. Применяют при состояниях, со­провождающихся нарушением электролитного обмена в организме (неукротимая рвота, профузные поносы), а также для купирования сердечных аритмий.

7.  Йодид калия К I. Применяют как препарат йода при заболеваниях щитовидной железы.

8. Перманганат калия КМ n0₄. Используют как анти­септическое средство для промывания ран, полоскания рта и горла, для спринцеваний и промываний.

9. Водный раствор аммиака, гидроксид аммония (наша­тырный спирт) NH₄ОН. Используют для возбуждения дыха­ния и выведения больных из обморочного состояния, для чего небольшой кусок ваты или марли, смоченной в нашатырном спирте, осторожно подносят к носовым отверстиям.

10. Хлорид аммония (нашатырь) NH₄С1. Оказывает отхаркивающее действие, усиливает мочеотделение.

Свинец. Биологическая роль свинца не установлена. Его соединения токсичны. У рабочих различных произ­водств, связанных с получением и применением свинца, могут встречаться явления острого и хронического отрав­ления (сатурнизм). При сатурнизме наблюдается ряд симптомов поражения ЦНС (головная боль, бессонница, судороги, галлюцинации, атрофия зрительного нерва), а также нарушения функции почек (альбуминурия) и желу­дочно-кишечного тракта («свинцовые колики»).

В медицине соединения свинца применяются только наружно как антисептические и вяжущие средства. Ок­сид свинца РЬО входит в состав свинцового пластыря, ис­пользуемого при воспалительных заболеваниях кожи, фу­рункулезе.Добавки свинца используют при изготовлении одежды для медперсонала рентгеновских кабинетов (фар­туки, рукавицы, шлемы), так как свинец поглощает рент­геновские лучи.

Серебро. Физиологическая роль серебра в живом орга­низме изучена недостаточно. Серебро относится к ультра микроэлементам. Это означает, что оно находится в орга­низме в концентрации менее 10-12 %.

В медицине применяются:

1. Нитрат серебра А gNO₃ (ляпис) - вяжущее и прижи­гающее средство, используется наружно. Применяется в стоматологии для серебрения корневых каналов и кариоз­ных полостей зубов перед их пломбированием. Сначала из нитрата серебра получают аммиачный раствор оксида се­ребра, затем добавляют водный раствор формальдегида с его массовой долей 10 %. Образующаяся серебряная пленка посылает в окружа­ющее пространство ионы серебра, которые обладают бак­терицидным действием.

2. Нитрат и хлорид серебра применяются для пропит­ки перевязочного материала - бумаги, ваты, марли.

Ртуть. Ртутное заражение почвы, природных вод, рас­тений и животных в настоящее время характерно для многих регионов планеты. Оно связано с поступлением в биосферу большого количества ртути в виде продуктов промышленного производства, выхлопов транспорта, ядо­химикатов. Ртуть накапливается главным образом в пече­ни и почках. При хроническом отравлении ртутью и ее со­единениями («меркуризм») появляются металлический привкус во рту, сильное слюнотечение, слуховые и обоня­тельные галлюцинации, головные боли, наблюдается ослабление памяти.

 

Применя­ются в медицине:

1. Желтая ртутная мазь - оксид ртути (II). Использу­ется для лечения кожных заболеваний.

2. Хлорид ртути (II) Н gС1₂ (сулема). Обладает высокой токсичностью, при работе с ней необходимо соблюдать большую осторожность; растворы в разведении 1:1000 применяются для дезинфекции белья, предметов ухода за больными, помещений, медицинского инструментария.

В медицине используют не только соединения, но и са­му ртуть и ее пары (ртутные термометры, ртутные ма­нометры в аппаратах для измерения кровяного давле­ния).Ультрафиолетовые лучи, полученные от ртутно-кварцевых ламп, глубоко прогревают ткани, губительно действуют на многие микроорганизмы.

II. Контроль исходного уровня знаний

1. Фронтальный опрос по качественным реакциям (Приложение 1).

2. Индивидуальный письменный опрос. Задания на карточках. Написать качественные реакции на предложенный катион

III. Самостоятельная работа

Вводный инструктаж.

Выполнить качественные и групповые реакции на катионы 1 и 2 аналитических групп. (Приложение 2). Результаты работы оформить в тетради в виде таблицы. Перед проведением химических реакций необходимо помнить о технике безопасности в химической лаборатории. Работа проводится индивидуально.

 

КАТИОН	РЕАГЕНТ	УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ	АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ	УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ

IV. Закрепление пройденного материала.

Выполнение анализа смеси катионов 1 и 2 аналитических групп (приложение 3). V. Подведение итогов занятия.

VI .Задание на дом.

Тема: «Качественные реакции катионов 3 и 4 аналитических групп».

Вопросы для самоподготовки:

1. Действие группового реактива катионы 3 и 4 аналитических групп.

2. Качественные реакции катионов 3 и 4 аналитических групп.                                                                                                                         Приложение 1

Фронтальный опрос.

1. Назвать методы качественного анализа по количеству анализируемого вещества и реагента.

2.. Назвать методы качественного анализа по агрегатному состоянию реагирующих веществ.

3. Перечислить классификацию реактивов по их чистоте.

4. Дать характеристику кислотно-основной классификации катионов.

5. Перечислить катионы 1 аналитической группы. Назвать групповой реактив.

    6.Перечислить катионы 1 аналитической группы. Назвать групповой реактив.

7. Почему открытие катиона калия гидротартратом натрия должно проводиться в нейтральной среде? Написать уравнение реакций.

 8.Почему осаждение катиона Na в виде дигидроантимоната натрия должно проводиться в нейтральной, а не в кислой или щелочной среде?

 9. Почему перед открытием катиона К необходимо удалить катион NH₄ ⁺?

10. При действии группового реагента на катионы второй группы получаются осадки – хлориды соответствующих катионов: AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂. Какова растворимость хлоридов в воде и как это используется в анализе?

                                                                                                                            Приложение 2.

№ реакции	Катион	Реагент	Выполнение реакции		Аналитический эффект

Практическое занятие № 2

Тема: Качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп.

Методическая установка:

Сегодня на занятии мы должны изучить химические свойства и качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп, овладеть методикой проведения качественных и фармакопейных реакций катионов 1 и 2 аналитических групп.

Катионы 1 и 2 групп часто входят в состав лекарственных веществ, являются допустимыми или недопустимыми примесями в лекарственных препаратах. Фармацевты в своей работе ежедневно проводят фармакопейные реакции на перечисленные катионы.

Поэтому необходимо овладеть методикой проведения качественных реакций на катион 1 и 2 аналитических групп.

Таким образом, вы должны иметь представление о химических свойствах и качественных реакциях катионов 1 и 2 аналитических групп, знать принцип классификации катионов на группы, действие группового реактива, уметь проводить фармакопейные реакции на калий, натрий, аммоний, серебро, ртуть, свинец

 

Натрий и калий. Ионы Nа⁺ и К⁺ распределены по всему организму, причем первые входят преимущественно в со­став межклеточных жидкостей, а вторые находятся глав­ным образом внутри клеток.

Внутриклеточная концент­рация ионов натрия составляет менее 10 % его содержа­ния во внеклеточной жидкости, тогда как концентрация ионов калия внутри почти в 30 раз выше, чем вне их. Если оценивать абсолютные величины, то примерно 95 % ионов натрия, участвующих в обмене веществ, находятся вне клеток и примерно такая же доля ионов калия - внутри клеток. С ионами Nа⁺ связано осмотическое давление жидкостей, удержание воды тканями (15 г NаС1 задержи­вает в организме человека до двух литров жидкости), под­держание кислотно-щелочного равновесия в организме (NаНС0₃ - щелочной резерв крови - компонент гидрокар­бонатной буферной системы), перенос аминокислот и cа­харов через клеточную мембрану.

Ионы Nа⁺ и К⁺ активируют аденозинтрифосфатазу клеточных мембран, которая «включает» ионы Nа⁺ из клетки и обеспечивает сопряженное накопление ионов К⁺ в ней. Различные концентрации двух данных ио­нов по разные стороны от мембраны обусловливают возникновение трансмембранной разности потенциалов (до 100 мВ), что обеспечивает существование легкодоступного источника энергии для многих связанных с функциониро­ванием мембран процессов.

Ионы Nа⁺ и К⁺ оказывают существенное влияние на дея­тельность центральной нервной системы (ЦНС). Так, избы­ток ионов Nа⁺ в клетках коры головного мозга вызывает де­прессию, т.е. угнетение деятельности ЦНС. Наоборот, избы­ток ионов К⁺ в клетках коры головного мозга вызывает ма­ниакальное состояние, т.е. возбуждение деятельности ЦНС.

В практике применяются:

1. Хлорид натрия NаС1. В зависимости от его концентра­ции различают изотонический (физиологический) и гипер­тонический растворы. Изотоническим является 0,9 %-ный раствор NаС1, так как его осмотическое давление соответст­вует осмотическому давлению плазмы крови (780,2 кПа). Изотонический раствор применяют в качестве плазмо-замещающего раствора при обезвоживании организма, для растворения лекарственных веществ и т.д. Гиперто­нические растворы (с массовой долей NаС1 3, 5 и 10 %) применяют наружно в виде компрессов и примочек для лечения гнойных ран.

2. Гидрокарбонат натрия NаНС0₃ (питьевая сода). Вве­дение гидрокарбоната натрия в желудок приводит к быст­рой нейтрализации соляной кислоты желудочного сока и поэтому рассматривается как антацидное средство. При­меняют в порошках, таблетках и растворах при повы­шенной кислотности желудочного сока, язвенной болез­ни желудка и двенадцатиперстной кишки:

NаНС0₃ + НС1 = NаС1 + Н₂0 + С0₂.

3. Декагидрат сульфата натрия Nа₂S0₄ • 10Н₂О (глау­берова соль). Назначают внутрь в качестве слабитель­ного средства.

4. Декагидрат тетрабората натрия Nа₂В₄0₇ • 10Н₂О (бура). Применяют наружно как антисептическое сред­ство для спринцеваний, полосканий, смазываний, В вод­ных растворах бура легко подвергается гидролизу:

Nа₂В₄0₇ + 7Н₂0 = 4Н₃В0₃ + 2 NаОН.

Образующаяся при гидролизе борная кислота обладает антисептическим действием.

5. Йодид натрия NаI. Используют как препарат йода при эндемическом зобе.

6. Хлорид калия КС l. Применяют при состояниях, со­провождающихся нарушением электролитного обмена в организме (неукротимая рвота, профузные поносы), а также для купирования сердечных аритмий.

7.  Йодид калия К I. Применяют как препарат йода при заболеваниях щитовидной железы.

8. Перманганат калия КМ n0₄. Используют как анти­септическое средство для промывания ран, полоскания рта и горла, для спринцеваний и промываний.

9. Водный раствор аммиака, гидроксид аммония (наша­тырный спирт) NH₄ОН. Используют для возбуждения дыха­ния и выведения больных из обморочного состояния, для чего небольшой кусок ваты или марли, смоченной в нашатырном спирте, осторожно подносят к носовым отверстиям.

10. Хлорид аммония (нашатырь) NH₄С1. Оказывает отхаркивающее действие, усиливает мочеотделение.

Свинец. Биологическая роль свинца не установлена. Его соединения токсичны. У рабочих различных произ­водств, связанных с получением и применением свинца, могут встречаться явления острого и хронического отрав­ления (сатурнизм). При сатурнизме наблюдается ряд симптомов поражения ЦНС (головная боль, бессонница, судороги, галлюцинации, атрофия зрительного нерва), а также нарушения функции почек (альбуминурия) и желу­дочно-кишечного тракта («свинцовые колики»).

В медицине соединения свинца применяются только наружно как антисептические и вяжущие средства. Ок­сид свинца РЬО входит в состав свинцового пластыря, ис­пользуемого при воспалительных заболеваниях кожи, фу­рункулезе.Добавки свинца используют при изготовлении одежды для медперсонала рентгеновских кабинетов (фар­туки, рукавицы, шлемы), так как свинец поглощает рент­геновские лучи.

Серебро. Физиологическая роль серебра в живом орга­низме изучена недостаточно. Серебро относится к ультра микроэлементам. Это означает, что оно находится в орга­низме в концентрации менее 10-12 %.

В медицине применяются:

1. Нитрат серебра А gNO₃ (ляпис) - вяжущее и прижи­гающее средство, используется наружно. Применяется в стоматологии для серебрения корневых каналов и кариоз­ных полостей зубов перед их пломбированием. Сначала из нитрата серебра получают аммиачный раствор оксида се­ребра, затем добавляют водный раствор формальдегида с его массовой долей 10 %. Образующаяся серебряная пленка посылает в окружа­ющее пространство ионы серебра, которые обладают бак­терицидным действием.

2. Нитрат и хлорид серебра применяются для пропит­ки перевязочного материала - бумаги, ваты, марли.

Ртуть. Ртутное заражение почвы, природных вод, рас­тений и животных в настоящее время характерно для многих регионов планеты. Оно связано с поступлением в биосферу большого количества ртути в виде продуктов промышленного производства, выхлопов транспорта, ядо­химикатов. Ртуть накапливается главным образом в пече­ни и почках. При хроническом отравлении ртутью и ее со­единениями («меркуризм») появляются металлический привкус во рту, сильное слюнотечение, слуховые и обоня­тельные галлюцинации, головные боли, наблюдается ослабление памяти.

 

Применя­ются в медицине:

1. Желтая ртутная мазь - оксид ртути (II). Использу­ется для лечения кожных заболеваний.

2. Хлорид ртути (II) Н gС1₂ (сулема). Обладает высокой токсичностью, при работе с ней необходимо соблюдать большую осторожность; растворы в разведении 1:1000 применяются для дезинфекции белья, предметов ухода за больными, помещений, медицинского инструментария.

В медицине используют не только соединения, но и са­му ртуть и ее пары (ртутные термометры, ртутные ма­нометры в аппаратах для измерения кровяного давле­ния).Ультрафиолетовые лучи, полученные от ртутно-кварцевых ламп, глубоко прогревают ткани, губительно действуют на многие микроорганизмы.

II. Контроль исходного уровня знаний

1. Фронтальный опрос по качественным реакциям (Приложение 1).

2. Индивидуальный письменный опрос. Задания на карточках. Написать качественные реакции на предложенный катион

III. Самостоятельная работа

Вводный инструктаж.

Выполнить качественные и групповые реакции на катионы 1 и 2 аналитических групп. (Приложение 2). Результаты работы оформить в тетради в виде таблицы. Перед проведением химических реакций необходимо помнить о технике безопасности в химической лаборатории. Работа проводится индивидуально.

 

КАТИОН	РЕАГЕНТ	УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ	АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ	УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ

IV. Закрепление пройденного материала.

Выполнение анализа смеси катионов 1 и 2 аналитических групп (приложение 3). V. Подведение итогов занятия.

VI .Задание на дом.

Тема: «Качественные реакции катионов 3 и 4 аналитических групп».

Вопросы для самоподготовки:

1. Действие группового реактива катионы 3 и 4 аналитических групп.

2. Качественные реакции катионов 3 и 4 аналитических групп.                                                                                                                         Приложение 1

Фронтальный опрос.

1. Назвать методы качественного анализа по количеству анализируемого вещества и реагента.

2.. Назвать методы качественного анализа по агрегатному состоянию реагирующих веществ.

3. Перечислить классификацию реактивов по их чистоте.

4. Дать характеристику кислотно-основной классификации катионов.

5. Перечислить катионы 1 аналитической группы. Назвать групповой реактив.

    6.Перечислить катионы 1 аналитической группы. Назвать групповой реактив.

7. Почему открытие катиона калия гидротартратом натрия должно проводиться в нейтральной среде? Написать уравнение реакций.

 8.Почему осаждение катиона Na в виде дигидроантимоната натрия должно проводиться в нейтральной, а не в кислой или щелочной среде?

 9. Почему перед открытием катиона К необходимо удалить катион NH₄ ⁺?

10. При действии группового реагента на катионы второй группы получаются осадки – хлориды соответствующих катионов: AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂. Какова растворимость хлоридов в воде и как это используется в анализе?

                                                                                                                            Приложение 2.

№ реакции	Катион	Реагент	Выполнение реакции		Аналитический эффект

Катионы 1 аналитической группы