Якісні реакції на неорганічні речовини і іони

Завданням аналітичної хімії є визначення складу досліджуваного об’єкта, тобто розпізнавання елементів, що містяться в ньому і встановлення їх точної кількості.

Першу частину завдання можливо вирішити за допомогою проведення якісних реакцій на іони (неорганічних речовин) і функціональні групи (органічна хімія).

Основні ознаки якісної реакції

Якісна реакція – це хімічна взаємодія досліджуваної речовини і реагенту, що супроводжується яскравим зовнішнім ефектом. Крім того, реакції повинні бути специфічними, тобто можливими тільки для певного елемента або групи сполук.

До їх ефектів можуть належати:

• виділення газу;
• зміна кольору розчину;
• випадання або розчинення осаду (для теоретичного припущення досить скористатися таблицею розчинності).

Оскільки в аналітичній хімії широко застосовують фізичні та фізико-хімічні методи аналізу, то для деяких речовин ознакою проходження якісної реакції стають:

• зміна забарвлення полум’я пальника при внесенні в нього речовини;
• початок люмінесценції при ультрафіолетовому опроміненні;
• характерна форма кристалів, що утворилися (яку можливо розглянути тільки за допомогою мікроскопа).

Аналітична група

Якісні реакції на катіони та аніони заведено класифікувати за так званими аналітичними групами, прийнявши за основну ознаку поділу взаємодію ряду іонів зі спеціальним, груповим реагентом. Продуктами таких реакцій будуть сполуки зі схожими властивостями, наприклад, осади, погано розчинні у воді, або нестійкі комплекси.

Найпоширенішою схемою поділу є сірководнева, де груповими реагентами є карбонат амонію, розчин сірководню і соляна кислота.

Властивості утворених хлоридів, сульфідів і карбонатів дозволяють визначити 5 аналітичних груп, до яких відносяться іони:

• K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg₂⁺;
• Ba₂⁺, Ca₂⁺, Sr₂⁺;
• Al₃⁺, Cr3⁺, Fe3⁺, Fe₂⁺, Ni₂⁺, Co₂⁺, Mn₂⁺, Zn₂⁺;
• Cu₂⁺, Cd₂⁺, Bi₃⁺, As₃⁺, Sn₂⁺, Sn₄⁺, Sb₃⁺;
• Ag⁺, Pb₂⁺, Hg.

Групові реакції в хімії використовуються не тільки для визначення складу, але і для переведення іонів в інертний (не реакційноздатний) стан.

Цей прийом називається маскуванням і своєю метою має усунення сполук, що заважають проведенню певних хімічних досліджень об’єкта.

Виявлення катіонів

Зміна забарвлення полум’я є найефектнішою ознакою якісної реакції і поширюється на певну кількість катіонів неорганічних речовин. Внаслідок виділення надлишку енергії полум’я стає:

• жовто-зеленим (Ba₂⁺);
• жовтим (Na⁺);
• карміново-червоним (Sr₂⁺);
• цегляно-червоним (Ca₂⁺);
• навіть фіолетово-рожевим (K⁺).

Проте такий спосіб не є найбільш ефективним, оскільки інтенсивність забарвлення безпосередньо залежить від концентрації, а визначення кольору є суб’єктивним. Тому результати, зазвичай, перевіряють додатково, використовуючи інші реакції.

П’ята група відрізняється тим, що катіони срібла, свинцю і міді, утворюють малорозчинні у воді з’єднання характерного забарвлення, що дозволяють без праці відрізнити їх від інших речовин. Наприклад, срібло утворює такі осади:

• AgSO₄ безбарвний;
• Ag₂S чорний;
• AgI жовтий;
• AgBr блідо-жовтий;
• AgCl білий сирнистий;
• Ag₃PO₄ жовтий кристалічний;
• свинець – PbI₂ яскраво-жовтий;
• PbSO₄ білий.

Крім того, і сам іон срібла є специфічним реагентом, тільки не для неорганічної хімії, а для органічних сполук.

Ag₂O в аміачному розчині при додаванні альдегіду утворює на поверхні судини тонку плівку чистого срібла. Сама реакція широко відома як отримання “срібного дзеркала”.

Визначення аніонів

За груповим реагентом і органічні, і неорганічні аніони діляться на три групи: груповий реагент BaCl₂, AgNO₃ (або HNO₃) або груповий реагент відсутній. Для I групи (SO₄^2-, PO₄^3-, SO₃^2- ознакою минулої якісної реакції є утворення безбарвних і малорозчинних сполук. Нітрат срібла утворює з аніонами II групи (іони галогенів) характерно забарвлені сполуки, розчинні в азотній кислоті.

Для визначення інших аніонів існують специфічні реакції, наприклад, NO₃^– взаємодіє з дифеніламіном ((С₆Н₅)₂NH), фарбуючи розчин в дуже яскравий відтінок фіолетового.

Ця реакція проводиться крапельним методом, тобто за допомогою мікропіпеток на скляні пластинки наноситься по 1-2 краплі обох реагентів, що є достатнім для отримання яскравого зовнішнього ефекту.

Якісні реакції мають велике значення для хімії. За допомогою відносно простих специфічних реакцій стає можливим встановити, які ж речовини знаходяться в суміші, і надалі провести ряд складних операцій, спрямованих на її поділ, екстракцію певних сполук і т. д.

Це використовують і в дослідницьких, і в промислових лабораторіях, що стежать за контролем якості продукції.