Détermination des règles de solubilité des composés ioniques

Les tendances des propriétés de solubilité des composés ioniques peuvent être utilisées pour l’analyse qualitative des solutions ioniques. Lorsqu’un composé est ajouté à un mélange de solutions ioniques, de nombreux produits peuvent se former, chacun ayant des propriétés de solubilité différentes. Si un seul produit est insoluble, il sera le seul à quitter la solution. En effectuant des réactions séquentielles, les ions d’une solution peuvent être systématiquement identifiés et isolés.

Bien qu’il existe une variété d’instruments d’analyse pour l’analyse élémentaire, ces techniques prennent souvent beaucoup de temps ou nécessitent le transport d’échantillons entre laboratoires. Les techniques d’analyse qualitatives telles que l’examen des propriétés de solubilité sont des méthodes de présélection rapides et accessibles pour l’analyse.

Cette vidéo présentera les propriétés de solubilité des composés ioniques, démontrera les procédures de précipitation sélective des composés ioniques et présentera quelques applications de l’analyse qualitative à l’aide des tendances de solubilité dans les environnements industriels.

Les composés ioniques sont composés d’un cation et d’un anion. Lorsqu’une réaction se produit entre deux composés ioniques différents, le cation d’un composé est attiré électrostatiquement par l’anion d’un autre, formant ainsi un nouveau composé. Les ions qui ne participent pas à la réaction sont appelés ions spectateurs et sont omis de la réaction ionique nette. Lorsqu’un composé ionique se dissout, il interagit de manière réversible avec les molécules de solvant et les ions se dissocient. Si l’interaction entre un ion et le nouvel ion-ion est plus forte qu’entre l’ion et les molécules de solvant, il sera plus favorable pour le produit d’être en phase solide. La formation d’un produit solide à partir d’une solution est connue sous le nom de précipitation, et le solide est appelé précipité.

Les ions peuvent être isolés sélectivement de la solution en induisant des réactions avec des précipités insolubles. Pour concevoir ces réactions, les cations et les anions sont classés dans de grandes catégories en fonction des tendances de solubilité. Les cations sont regroupés en identifiant l’anion commun à leurs produits de réaction insolubles, et les anions sont également regroupés par des cations communs. Les solutions de ces ions communs sont utilisées pour tester ces groupes.

Lorsque la séparation est souhaitée pour des ions appartenant au même groupe, des réactifs spécialisés ou des solutions concentrées peuvent être utilisés pour induire des réactions sélectives une fois que les ions de ce groupe ont été isolés. Ces réactifs spécialisés peuvent également être utilisés pour confirmer l’identité d’un ion isolé. Maintenant que vous comprenez les principes qui sous-tendent l’analyse qualitative des ions, passons en revue une technique d’analyse d’une solution de phosphate, suivie d’une procédure de séparation d’un mélange de cations métalliques.

Pour analyser une solution de phosphate, préparez d’abord des solutions d’essai diluées de calcium aqueux, d’orthomolybdate d’ammonium et d’acide nitrique concentré. Ensuite, placez 5 ml de la solution inconnue dans un tube à essai.

Ajouter la solution de calcium goutte à goutte à la solution inconnue. La formation d’un précipité blanc pourrait indiquer la présence de phosphate de calcium, ou carbonate de calcium. Pour vérifier la présence de phosphate, ajoutez lentement de l’acide nitrique dans le tube à essai. La dissolution du précipité indique que de l’hydrogénophosphate s’est formé. L’absence de bulles de gaz indique qu’il n’y a pas de carbonate, car le carbonate aurait réagi avec l’acide pour former du dioxyde de carbone et de l’eau.

Enfin, ajoutez lentement l’orthomolybdate d’ammonium dans le tube à essai. Le phosphomolybdate d’ammonium se forme sous la forme d’un précipité jaune, confirmant la présence de phosphate dans la solution.

Tout d’abord, préparer les solutions d’essai diluées comme indiqué dans le protocole de texte. Procurez-vous quatre tubes à essai et capuchons adaptés à une utilisation dans une centrifugeuse. Placez un mélange de nitrates aqueux de zinc, de nickel, d’argent et de fer dans un tube à essai. Pour commencer la séparation, ajoutez d’abord lentement de l’acide chlorhydrique dilué au mélange, en remuant doucement. Le précipité blanc qui se forme est le chlorure d’argent. Continuez à ajouter la solution chlorure jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de précipité.

Séparer le liquide, ou surnageant, et le chlorure d’argent solide par centrifugation. Décantez le surnageant dans le deuxième tube à essai. Lavez le chlorure d’argent trois fois avec de l’eau et décantez chaque lavage dans le deuxième tube à essai. Ensuite, ajoutez la solution d’hydroxyde de sodium goutte à goutte dans le deuxième tube à essai. Trois précipités se formeront : l’hydroxyde de zinc blanc, l’hydroxyde de fer jaune et l’hydroxyde de nickel vert. Continuez à ajouter de l’hydroxyde de sodium jusqu’à ce que le composé de zinc blanc solide se dissolve, formant l’ion zincate soluble. Séparez la solution de zinc et les composés solides de nickel et de fer par centrifugation, puis décantez la solution dans le troisième tube à essai. Lavez les solides à l’eau trois fois et décantez-les chacun dans la solution de zinc.

Ajouter lentement de l’acide chlorhydrique à la solution de zinc dans le troisième tube à essai jusqu’à ce que l’hydroxyde de zinc précipite puis se dissolve.

Ensuite, ajoutez de l’hexacyanoferrate de potassium goutte à goutte à la solution de zinc pour former de l’hexacyanoferrate de potassium et de zinc sous forme de précipité blanc. Maintenant, dans le tube à essai contenant de l’hydroxyde de nickel solide et de l’hydroxyde de fer, ajoutez lentement de l’ammoniac pour former l’ion soluble nickel bleu hexammine. Séparez la solution de nickel de l’hydroxyde de fer solide par centrifugation et décantez la solution de nickel dans le quatrième tube à essai. Lavez l’hydroxyde de fer trois fois avec de l’eau et décantez les lavages dans la solution de nickel. Ensuite, ajoutez lentement du diméthylglyoxime à la solution de nickel pour former du diméthylglyoxime de nickel sous forme de précipité rouge. À l’hydroxyde de fer solide, ajoutez soigneusement de l’acide chlorhydrique concentré pour former une solution de chlorure ferrique. Pour confirmer la présence de fer, ajoutez du thiocyanate pour former le cation thiocyanatofer rouge foncé.

La simplicité et la rapidité d’exécution de l’analyse qualitative des ions en solution rendent cette technique largement utilisée dans la chimie de l’environnement et l’industrie.

Lorsque l’eau contient une forte concentration de cations métalliques tels que le calcium ou le magnésium, on parle d’eau dure. Ces cations métalliques peuvent réagir avec les anions de l’eau tels que le carbonate pour former des dépôts calcaires qui obstruent les tuyaux ou les chauffe-eau. La dureté de l’eau peut être évaluée en ajoutant une solution gazeuse à un échantillon d’eau. Le précipité blanc indique des niveaux élevés de calcium.

Le phosphate est un nutriment important pour de nombreuses formes de vie et est donc utilisé dans les engrais industriels et de jardin, mais un excès de phosphate peut être préjudiciable, en particulier dans les environnements d’eau douce. Les eaux usées dans les zones résidentielles et commerciales peuvent être testées pour les phosphates en ajoutant de l’acide nitrique et de l’orthomolybdate d’ammonium. Un précipité jaune indique des niveaux élevés de phosphates.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE aux règles de solubilité des ions. Vous devriez maintenant connaître les principes des réactions ioniques, quelques procédures d’analyse qualitative des solutions et certaines applications de l’analyse qualitative utilisant la solubilité.

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