Загальна характеристика першої аналітичної групи катіонів

До першої аналітичної групи відносять катіони К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg²⁺. Більшість солей цих катіонів добре розчинні у воді, тому перша аналітична група катіонів не має групового реагента. У водних розчинах всі катіони першої аналітичної групи безбарвні.

Хімічні елементи, катіони яких входять до першої аналітичної групи, розміщені в ІА групі. При утворенні катіонів вони легко віддають по одному електрону, утворюючи електронну структуру інертного газу, наприклад:

₊₁₁Na Is² 2s² 2p⁶ 3s¹ = [Ne] 3s¹  [Ne] 3s° ,

Na - e^- →Na⁺.

Віддаючи електрони, атоми s¹-елементів виявляють сильні відновні властивості, що підтверджується від'ємними значеннями окисно-відновних потенціалів у межах 3,0 - 2,7 В. Внаслідок втрати електронів атоми стають катіонами, які з переважною більшістю неметалів утворюють типові іонні сполуки, що добре розчиняються у воді. Катіони першої аналітичної групи характеризуються низькими значеннями відносних електронегативностей і малими іонними радіусами.

З гідроксогрупою (ОН^-) катіони К⁺ і Na⁺ утворюють сильні луги – їдкий натрій (NaОН) і їдкий калій (КОН). Гідроксид амонію (NH₄ОН) – слабка основа з константою дисоціації 1,8 ∙ 10^-5.

Катіон амонію NH₄⁺ також віднесено до першої аналітичної групи катіонів, оскільки він утворює добре розчинні у воді солі, як і йони лужних металів. Треба знати, що солі амонію, на відміну від солей К⁺ і Na⁺, розкладаються при нагріванні і, відповідно, можуть бути видалені з суміші прокалюванням розчину.

Метал магній відноситься до другої групи періодичної системи, у всіх сполуках має ступінь окиснення +2 і відрізняється від інших катіонів першої аналітичної групи деякими властивостями. Так, гідроксид Mg(ОН)₂, на відміну від NaОН, КОН і NH₄ОН, погано розчинний у воді, і є досить слабкою основою. Іон Mg²⁺ є перехідним між катіонами першої і другої груп. Основний карбонат (MgОН)₂СО₃, як і карбонати катіонів другої групи, погано розчинний у воді, однак добре розчиняється в надлишку солей амонію і при дії карбонату амонію (NH₄)₂СО₃ в присутності хлориду амонію NH₄Cl не випадає в осад. Тому Mg²⁺ залишається в розчині разом з катіонами К⁺, Na⁺, NH₄⁺.

Катіони першої аналітичної групи беруть участь в біохімічних і агрохімічних процесах. Вони можуть знаходитися у ґрунті, як в рухомому (доступному для засвоєння рослинами), так і у зв’язаному вигляді.

У водній витяжці з ґрунту йони К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg²⁺ знаходяться у вигляді легкорозчинних солей (хлоридів, сульфатів, нітратів, карбонатів тощо).

Для лужних ґрунтів характерний підвищений вміст солей натрію (Na₂SO₄, NaCl, NaHCO₃).

При цьому навіть незначний вміст у ґрунті гідрокарбонату натрію є дуже шкідливим для рослин і приводить до їх загибелі.

Іони К⁺ і NH₄⁺, на противагу катіону Na⁺, необхідні для мінерального живлення рослин.

Магній міститься в зеленому пігменті рослин – хлорофілі. Тому незначний вміст солей Mg²⁺  у ґрунті сприяє нормальному розвитку рослин.

Катіони І-ої аналітичної групи входять до складу важливих мінеральних добрив. Калій вносять у ґрунт у вигляді калійної селітри, сульфату, хлориду й інших солей.

Йон NH₄⁺ міститься в амонійній селітрі, сульфаті і хлориді амонію, в амофосі NH₄H₂PO₄ і диамофосі (NH₄)₂НРО_4.

Натрій – складова частина чилійської селітри (NaNО₃). Магній входить до складу доломіту СаСО₃∙МgСО₃, який використовують як вапняне і магнезіальне добриво.

Крім того, сполуки натрію і калію (хлориди, фосфати, гідрокарбонати, складні органічні речовини) є складовими частинами тканин та фізіологічних розчинів тварин. 0,9%-ний розчин NaCl (фізіологічний розчин) використовують при втратах крові та біологічних дослідженнях.

Гідрокарбонат натрію й оксид магнію служать для нейтралізації надлишкової кислотності шлункового соку. Броміди калію і натрію використовуються для заспокоювання нервової системи.

Відомо, що солі амонію утворюються при загниванні білків, а тому наявність їх у природних водах свідчить про забруднення.