1. Качественные реакции на катионы.
1.1. Качественные реакции на катионы щелочных металлов (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+).
Обнаружить катионы щелочных металлов можно при внесении небольшого количества соли в пламя горелки. Тот или иной катион окрашивает пламя в соответствующий цвет:
Li+ — темно-розовый.
Na+ — желтый.
K+ — фиолетовый.
Rb+ — красный.
Cs+ — голубой.
Катионы так же можно обнаружить и с помощью химических реакций. При сливании раствора соли лития с фосфатами образуется нерастворимый в воде, но растворимый в конц. азотной кислоте, фосфат лития:
3Li+ + PO43- = Li3PO4↓
Li3PO4 + 3HNO3 = 3LiNO3 + H3PO4
Катионы K+ и Rb+ можно выявить добавлением к растворам их солей кремнефтористой кислоты H2[SiF6] или ее солей — гексафторсиликатов:
2Me+ + [SiF6]2- = Me2[SiF6]↓ (Me = K, Rb)
Они же и Cs+ осаждаются из растворов при добавлении перхлорат-анионов:
Me+ + ClO4- = MeClO4↓ (Me = K, Rb, Cs).
1.2. Качественные реакции на катионы щелочно-земельных металлов (Ca2+, Sr2+, Ba2+).
Катионы щелочно-земельных металлов можно выявить двумя способами: в растворе и по окраске пламени. Кстати, к щелочно-земельным относятся кальций, стронций, барий.
Окраска пламени:
Ca2+ — кирпично-красный.
Sr2+ — карминово-красный.
Ba2+ — желтовато-зеленый.
Реакции в растворах. Катионы рассматриваемых металлов имеют общую особенность: их карбонаты и сульфаты нерастворимы. Катион Ca2+ предпочитают выявлять карбонат-анионом CO32-:
Ca2+ + CO32- = CaCO3↓
Который легко растворяется в азотной кислоте с выделением углекислого газа:
2H+ + CO32- = H2O + CO2↑
Катионы Ba2+, Sr2+ предпочитают выявлять сульфат-анионом с образованием сульфатов, нерастворимых в кислотах:
Sr2+ + SO42- = SrSO4↓
Ba2+ + SO42- = BaSO4↓
1.3. Качественные реакции на катионы свинца (II) Pb2+, серебра (I) Ag+, ртути (I) Hg+, ртути (II) Hg2+. Рассмотрим их на примере свинца и серебра.
Эта группу катионов объединяет одна общая особенность: они образуют нерастворимые хлориды. Но катионы свинца и серебра можно выявить и другими галогенидами.
Качественная реакция на катион свинца — образование хлорида свинца (осадок белого цвета), либо образование иодида свинца (осадок ярко - желтого цвета):
Pb2+ + 2I- = PbI2↓
Качественная реакция на катион серебра — образование белого творожистого осадка хлорида серебра, желтовато-белого осадка бромида серебра, образование желтого осадка иодида серебра:
Ag+ + Cl- = AgCl↓
Ag+ + Br- = AgBr↓
Ag+ + I- = AgI↓
Как видно из выше изложенных реакций, галогениды серебра (кроме фторида) нерастворимы, а бромид и иодид имеют окраску. Но отличительная черта их не в этом. Данные соединения разлагаются под действием света на серебро и соответствующий галоген, что также помогает их идентифицировать. Поэтому часто емкости с этими солями испускают запахи. Также при добавлении к данным осадкам тиосульфата натрия происходит растворение:
AgHal + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaHal, (Hal = Cl, Br, I).
То же самое произойдет при добавлении жидкого аммиака или его конц. раствора. Растворяется только AgCl. AgBr и AgI в аммиаке практически нерастворимы:
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
Существует также еще одна качественная реакция на катион серебра — образование оксида серебра черного цвета при добавлении щелочи:
2Ag+ + 2OH- = Ag2O↓ + H2O
Это связано с тем, что гидроксид серебра при нормальных условиях не существует и сразу же распадается на оксид и воду.
1.4. Качественная реакция на катионы алюминия Al3+, хрома (III) Cr3+, цинка Zn2+, олова (II) Sn2+. Данные катионы объединены образованием нерастворимых оснований, легко переводимых в комплексные соединения. Групповой реагент — щелочь.
Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓ + 3OH- = [Al(OH)6]3-
Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3↓ + 3OH- = [Cr(OH)6]3-
Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2↓ + 2OH- = [Zn(OH)4]2-
Sn2+ + 2OH- = Sn(OH)2↓ + 2OH- = [Sn(OH)4]2-
Не стоит забывать, что основания катионов Al3+, Cr3+ и Sn2+ не переводятся в комплексное соединение гидратом аммиака. Этим пользуются, чтобы полностью осадить катионы. Zn2+ при добавлении конц. раствора аммиака сначала образует Zn(OH)2, а при избытке аммиак способствует растворению осадка:
Zn(OH)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4](OH)2
Раствор, содержащий [Cr(OH)6]3-, при добавлении хлорной или бромной воды в щелочной среде становится желтым из-за образования хромат-аниона CrO42-:
2[Cr(OH)6]3- + 3Br2 + 4OH- = 2CrO42- + 6Br- + 8H2O
1.5. Качественная реакция на катионы железа (II) и (III) Fe2+, Fe3+. Данные катионы также образуют нерастворимые основания. Иону Fe2+ отвечает гидроксид железа (II) Fe(OH)2 — осадок белого цвета. На воздухе сразу покрывается зеленым налетом, поэтому чистый Fe(OH)2 получают в атмосфере инертых газов либо азота N2.
Катиону Fe3+ отвечает метагидроксид железа (III) FeO(OH) бурого цвета. Примечание: соединения состава Fe(OH)3 неизвестно (не получено). Но все же большинство придерживаются записи Fe(OH)3.
Качественная реакция на Fe2+:
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓
Fe(OH)2 будучи соединением двухвалентного железа на воздухе неустойчиво и постепенно переходит в гидроксид железа (III):
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Качественная реакция на Fe3+:
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓
Еще одной качественной реакцией на Fe3+ является взаимодействие с роданид-анионом SCN-, при этом образуется роданид железа (III) Fe(SCN)3, окрашивающий раствор в темно-красный цвет (эффект «крови»):
Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3
Роданид железа (III) легко «разрушается» при добавлении фторидов щелочных металлов:
6NaF + Fe(SCN)3 = Na3[FeF6] + 3NaSCN
Раствор становится бесцветным.
Очень чувствительная реакция на Fe3+, помогает обнаружить даже очень незначительные следы данного катиона.
1.6. Качественная реакция на катион марганца (II) Mn2+. Данная реакция основана на жестком окислении марганца в кислой среде с изменением степени окисления с +2 до +7. При этом раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет из-за появления перманганат-аниона. Рассмотрим на примере нитрата марганца:
2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O
1.7. Качественная реакция на катионы меди (II) Cu2+, кобальта (II) Co2+ и никеля (II) Ni2+. Особенность этих катионов в образовании с молекулами аммиака комплексных солей — аммиакатов:
Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+
Аммиакаты окрашивают растворы в яркие цвета. К примеру, аммиакат меди окрашивает раствор в ярко-синий цвет.
1.8. Качественные реакции на катион аммония NH4+. Взаимодействие солей аммония со щелочами при кипячении:
NH4+ + OH- =t= NH3↑ + H2O
При поднесении влажная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет.
