§ 37. Виявлення йонів у розчинах
• 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) Fe 2+ . 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 Fe 2+ є реакція з червоною кров’яною сіллю. Як відбувається ця реакція подано в демонстраційному досліді.
2. Виявлення катіонів Феруму(ІІІ) Fe 3+ . 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 Fe 3+ є реакція із жовтою кров’яною сіллю чи калій тіоціанатом. Як відбувається ця реакція подано в демонстраційному досліді.
Демонстраційний дослід: виявлення у розчині йонів Fe 2+ та Fe 3+
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 Ва 2+ . 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 Ва 2+ утворюється білий кристалічний осад барій сульфату:
Демонстраційний дослід: виявлення йонів Барію Ва 2+
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:
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:
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:
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
§ 26. Основи. Гідроксиди Натрію і Кальцію
Склад і назви основ. У 8 класі ви дізналися, що серед кількох найважливіших класів неорганічних сполук є клас основ. Загальна формула цих сполук — М(OН)n, де М — символ металічного елемента, а n може мати значення 1 або 2 1 .
1 Сполуки Zn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2та кілька інших, що мають подібний склад, — амфотерні гідроксиди.
Основи М(OН)n (n = 1 або 2)
Назви основ, як і неорганічних сполук інших класів, складаються із двох слів. Першим є назва металічного елемента, а другим — слово «гідроксид»: КОН — калій гідроксид; Fe(OH)2— ферум(ІІ) гідроксид. Тривіальна назва натрій гідроксиду — їдкий натр, а кальцій гідроксиду — гашене вапно.
Основи — йонні речовини; їхніми складниками є катіони М n + і аніони ОН – .
Властивості. Усі основи — тверді речовини. Натрій гідроксид, який найчастіше використовують у лабораторній практиці, має вигляд гранул або пластівців, а кальцій гідроксид — білий порошок.
Більшість основ не розчиняється у воді. Гідроксиди лужних елементів і Барію є розчинними, а сполуки Mg(OH)2 і Са(ОН)2 — малорозчинними 1 . Розчинні основи, а також кальцій гідроксид мають загальну назву «луги». Водний розчин кальцій гідроксиду називають вапняною водою.
1 У 100 г води за температури 20 °С розчиняється 112,4 г калій гідроксиду, 108,7 г натрій гідроксиду і лише 0,16 г кальцій гідроксиду.
Луги — сильні електроліти. Розчиняючись у воді, вони дисоціюють на йони, з яких складаються:
Ва(ОН)2 = Ва 2+ + 2ОН – . 2
2 Дисоціація відбувається в одну стадію, а не у дві.
Розчинення гідроксидів Натрію і Калію супроводжується виділенням значної кількості теплоти. Ці сполуки добре поглинають вологу і навіть розпливаються у вологій атмосфері (мал. 76). Тому їх зберігають у щільно закритих посудинах і використовують для осушування газів, багатьох органічних рідин.
Мал. 76. Результат поглинання водяної пари гранулами натрій гідроксиду
• З яким компонентом повітря може реагувати натрій гідроксид, який міститься в негерметичній упаковці? Наведіть відповідне хімічне рівняння.
Цікаво знати
Іноді натрій гідроксид називають каустичною содою (із грецької kaustikos — пекучий).
Луги та їхні розчини роз’їдають тканини, папір, шкіру, становлять небезпеку для слизових оболонок і особливо очей, спричиняють тяжкі опіки. Працювати з ними потрібно дуже обережно.
При нагріванні основи не плавляться, а розкладаються на відповідні оксиди і воду (винятки — NaOH, KOH 1 ). Кальцій гідроксид зазнає розкладу за температури 580 °С.
1 Температура плавлення натрій гідроксиду становить +322 °С, а калій гідроксиду +405 °С.
Розглянемо участь у хімічних реакціях типових основ — натрій гідроксиду і кальцій гідроксиду. Вам добре відомо, що луги взаємодіють зі сполуками кислотного характеру — кислотними оксидами, кислотами
а також амфотерними оксидами і гідроксидами:
• Складіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції розчину лугу з алюміній гідроксидом, продуктом якої є натрій гексагідроксоалюмінат Na3[Al(OH)6].
Луги реагують у розчинах із солями:
Такі реакції відбуваються, якщо утворюється нерозчинна сполука — сіль, основа чи амфотерний гідроксид.
• Чи взаємодіють кальцій гідроксид із барій нітратом, натрій гідроксид із ферум(ІІ) сульфідом? Кожну відповідь обґрунтуйте.
Застосування гідроксидів Натрію і Кальцію. Натрій гідроксид і кальцій гідроксид добувають у промисловості у великих обсягах, які щороку становлять у різних країнах десятки мільйонів тонн. Практичне значення цих сполук ілюструють схеми 5 і 6.
Натрій гідроксид є лугом, найуживанішим у хімічних лабораторіях — наукових, виробничих, навчальних. Використовують як саму речовину, так і її розчини у воді (розбавлені, концентровані), іноді — в спирті.
Застосування натрій гідроксиду
Застосування кальцій гідроксиду
Основи — сполуки, які складаються з катіонів металічних елементів і аніонів ОН – . Загальна формула основ — М(ОН)n.
Розрізняють розчинні у воді основи (луги) й нерозчинні основи.
Луги взаємодіють з кислотними й амфотерними оксидами, кислотами, амфотерними гідроксидами, а їх розчини — ще й із солями.
Найважливішими лугами є натрій гідроксид і кальцій гідроксид. Ці сполуки використовують у хімічній промисловості, техніці, інших сферах.
- 206. Чому, на вашу думку, гідроксидів Натрію і Кальцію немає в природі?
- 207. Із поданого переліку виберіть гази, які можна осушити, пропускаючи їх над твердим натрій гідроксидом: хлороводень, амоніак, азот, вуглекислий газ, метан. Обґрунтуйте свій вибір.
- 208. Укажіть правильне закінчення речення.
«У разі потрапляння концентрованого розчину натрій гідроксиду на руку необхідно уражене місце. »:
б) промити оцтовою есенцією;
в) промити проточною водою, а потім — розбавленим розчином оцтової кислоти;
г) промити проточною водою, а потім — розбавленим нашатирним спиртом.
а) натрій гідроксид → натрій карбонат → натрій нітрат → натрій сульфат;
б) натрій гідроксид → натрій тетрагідроксоалюмінат → натрій хлорид → натрій нітрат.
- 211. Який об’єм води потрібно додати до 100 мл розчину з масовою часткою натрій гідроксиду 40 % і густиною 1,43 г/мл, щоб виготовити 10 %-й розчин лугу?
- 212. До 0,05 моль кальцій гідроксиду додали розчин, який містив 7,56 г нітратної кислоти. Обчисліть масу солі Кальцію, що утворилася внаслідок реакції.
- 213. При взаємодії зразка гашеного вапна масою 20 г із надлишком хлоридної кислоти виділилося 224 мл вуглекислого газу (н. у.). Обчисліть масову частку кальцій карбонату в зразку гашеного вапна. Які можливі причини наявності цієї домішки в кальцій гідроксиді?