Підручник з Хімії (рівень стандарту). 11 клас. Григорович - Нова програма

§ 37. Виявлення йонів у розчинах

Пригадайте:

• якісними називають реакції, за якими можна виявити наявність (відсутність) певної речовини чи йонів у суміші;

• властивості амоніаку (за § 24);

• які кислоти є сильними;

• гель — структурована дисперсна система, якій властиві відсутність текучості, здатність зберігати форму та пластичність.

Якісні реакції

У 9 класі ви вже ознайомилися з елементами аналітичної хімії, а саме з якісними реакціями на деякі йони. У 10 класі ви навчилися застосовувати якісні реакції для визначення органічних речовин (багатоатомних спиртів, альдегідів тощо). У цьому параграфі ми продовжимо вивчати якісні реакції для виявлення певних йонів у розчинах.

Пригадаймо, що якісними є лише такі реакції, які відбуваються швидко і під час яких добре помітні певні зміни.

Зазвичай такі реакції відбуваються з певною зміною забарвлення розчину, утворенням осаду певного кольору або з виділенням газу, який також може мати (чи не мати) забарвлення або запах.

Виявлення катіонів у розчині

Коли йдеться про катіони, то насамперед мають на увазі йони металічних елементів. Такі катіони виявляють переважно реакціями, які супроводжуються утворенням осаду, хоча існують і інші специфічні реакції. Зокрема, йони Н+ та OH- виявляють індикаторами, а деякі катіони — за зміною забарвлення полум'я.

1. Виявлення катіонів Феруму(ІІ) Fe2+. Розчини солей Феруму(ІІ) зазвичай мають слабке блідо-зелене (салатове) забарвлення. Під час додавання до такого розчину лугу утворюється нерозчинний гідроксид такого самого кольору, який із часом стає більш рудим унаслідок окиснення киснем повітря:

Більш чутливою реакцією (тобто яка виявляє певні йони в меншій концентрації) на йони Fe2+ є реакція з червоною кров'яною сіллю. Як відбувається ця реакція подано в демонстраційному досліді.

2. Виявлення катіонів Феруму(ІІІ) Fe3+. Розчини солей Феруму(ІІІ) зазвичай мають інтенсивне жовте або навіть коричневе забарвлення. Під час додавання до такого розчину лугу утворюється нерозчинний гідроксид жовтого (або рудого, іржавого чи бурого) кольору:

Більш чутливою реакцією на йони Fe3+ є реакція із жовтою кров'яною сіллю чи калій тіоціанатом. Як відбувається ця реакція подано в демонстраційному досліді.

Демонстраційний дослід: виявлення у розчині йонів Fe2+ та Fe3+

У першу пробірку наливаємо розчини ферум(ІІ) сульфату, а в другу — ферум(ІІІ) хлориду. До обох пробірок додаємо по декілька крапель розчину червоної кров'яної солі (калій гексаціаноферату(ІІІ) K3Fe(CN)6). У першій пробірці утворюється темно-синій осад турнбулевої сині, що свідчить про наявність йонів Феруму(ІІ) в розчині. У другій пробірці жодних змін не відбувається (мал. а).

Повторюємо дослід, але до обох пробірок додаємо по декілька крапель розчину жовтої кров'яної солі (калій гексаціаноферату(ІІ) K4Fe(CN)6). У першій пробірці жодних змін не відбувається, а в другій утворюється синій осад берлінської лазурі, що свідчить про наявність йонів Феруму(ІІІ) (мал. б). Повторюємо дослід, але до обох пробірок додаємо по декілька крапель розчину калій тіоціанату KSCN. У першій пробірці жодних змін не відбувається, а в другій забарвлення змінюється на криваво-червоне внаслідок утворення ферум(ІІІ) тіоціанату Fe(SCN)3 (мал. в).

3. Виявлення катіонів Барію Ва2+. Барій утворює нерозчинний сульфат, на цьому ґрунтується спосіб виявлення його в розчинах. До розчину, що випробують на вміст йонів Барію, додають розчин будь-якого розчинного сульфату (зазвичай натрій сульфату) або розбавлену сульфатну кислоту. За умови наявності йонів Ва2+утворюється білий кристалічний осад барій сульфату:

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl

Демонстраційний дослід: виявлення йонів Барію Ва2+

У дві пробірки наливаємо розчин барій хлориду (або нітрату). У першу пробірку додаємо декілька крапель натрій сульфату, а в другу — розбавленої сульфатної кислоти. В обох пробірках утворюється білий кристалічний осад барій сульфату, що свідчить про наявність йонів Барію в розчині.

Виявлення катіонів амонію ґрунтується на леткості амоніаку. Хоча амоніак дуже добре розчиняється у воді, але (хоча й у невеликій кількості) він завжди виділяється з розчину в повітря без утворення бульбашок газу. Для проведення якісної реакції до розчину солі амонію додамо розчин лугу:

NH4Cl + KOH = NH3↑ + KCl + H2O

Амоніак — безбарвний газ, але він має специфічний запах. Утім, якщо концентрація йонів амонію в розчині була невелика, то запаху амоніаку можна не відчути. Тому для доведення його наявності використовують властивість розчину амоніаку змінювати забарвлення індикаторів.

Після додавання лугу в пробірку обережно (не торкаючись стінок пробірки та розчину на дні) поміщають зволожений індикаторний папір. Зміна кольору індикатора на такий, що відповідає лужному середовищу, свідчить про наявність амоніаку в повітрі всередині пробірки.

Демонстраційний дослід: виявлення йонів амонію

У пробірку наливаємо розчин амоній хлориду 2-3 мл. До розчину доливаємо розчин лугу об'ємом 1-2 мл. У середину пробірки обережно, не торкаючись стінок і рідини, вносимо зволожений папірець універсального індикатора. Посиніння індикаторного папірця свідчить про наявність йонів амонію в розчині.

Виявлення аніонів

У більшості випадків аніони, які виявляють у розчинах, — це аніони кислотних залишків. Найчастіше їх виявляють за утворенням нерозчинних солей певного кольору. Деякі з них ви вивчали в 9 класі.

1. Виявлення силікат-іонів. Майже всі солі силікатної кислоти нерозчинні у воді. Але, на відміну від інших кислот, силікатна кислота має ще одну особливість: сама вона нерозчинна. Цю її властивість використовують для виявлення силікат-іонів. Для проведення якісної реакції до досліджуваного розчину додають розчин будь-якої сильної кислоти:

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl

Залежно від концентрації солі в розчині силікатна кислота утворює білий аморфний пластівчастий осад або безбарвний гель, що не витікає з пробірки.

2. Виявлення ортофосфат-іонів. Багато солей ортофосфатної кислоти нерозчинні у воді. Але одна з них — аргентум(І) ортофосфат — має характерний яскраво-жовтий колір. Тому для виявлення ортофосфат-іонів використовують аргентум(І) нітрат:

K3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3KNO3

Як ви вже вивчали в 9 класі, аргентум(І) нітрат використовують для виявлення інших аніонів, але осад аргентум(І) ортофосфату від інших осадів відрізняється кольором.

Лідія Павлівна Логінова (нар. 1950)

Українська хімікиня. Досліджувала методи виявлення йонів у багатокомпонентних сумішах