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Détermination des règles de solubilité des composés ioniques

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Determining the Solubility Rules of Ionic Compounds

1.5: Determining the Empirical Formula

1.7: Using a pH Meter

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09:09 min

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April 30, 2023

Overview

Source : Laboratoire du Dr Neal Abrams — SUNY College of Environmental Science and Forestry

Solubilité d’un composé ionique peut être déterminée par une analyse qualitative. L’approche qualitative est une branche de la chimie analytique qui utilise les propriétés chimiques et réactions afin d’identifier les cations ou anions présent dans un composé chimique. Alors que les réactions chimiques s’appuient sur les règles de solubilité connue, ces mêmes règles peuvent être déterminés en identifiant les produits qui se forment. Analyse qualitative n’est pas généralement effectuée dans les laboratoires de chimie industrielle moderne, mais il peut être facilement utilisé dans le domaine sans recourir à des instruments sophistiqués. Analyse qualitative se concentre également sur la compréhension des réactions ioniques ioniques et nettes comme organisation des données dans un diagramme pour expliquer les observations et faire des conclusions définitives.

Nombreux cations ont des propriétés chimiques semblables, ainsi que les homologues de l’anion. Identification correcte nécessite attention séparation et analyse systématiquement identifier les ions présents dans une solution. Il est important de comprendre les propriétés acide/base, équilibres ioniques, réactions rédox et pH propriétés pour identifier les ions avec succès.

Bien qu’il y a un test qualitatif pour pratiquement chaque ion polyatomique élémentaire, le processus d’identification commence généralement par connaître une « classe » d’ions analysés ; les cations ou anions, élémentaires ou polyatomiques, groupes ou périodes, transition ou groupe principal. Dans cette expérience, les deux types d’ions, cations et anions sont identifiés. Les cations comprennent aussi bien des ions polyatomiques.

Principles

Identification des cations et des anions est issu des réactions chimiques connues entre l’ion inconnue et réactif. Parfois, il peut être l’absence d’une réaction qui identifie formellement l’ion ainsi. Tous les composés ioniques sont composées d’un cation et un anion, et lorsqu’une réaction se produit entre deux différents composés ioniques, le cation d’un composé est électrostatiquement attirées par l’anion de l’autre, formant un composé ionique nouvel. (Remarque : certains composés ioniques uniques ont un ou plusieurs cations, ou ions. Un exemple serait le KNaC₄H₄O₆ ou (NH₄)₂Fe (SO₄)₂. La charge globale du composé ionique doit toujours la somme à zéro) Ce type de réaction est connu comme une réaction de métathèse ou double déplacement et il est indiqué ci-dessous :

w AB(aq) + xCD(aq)→yannonce(s) + zCB(aq)

réaction moléculaire

où A et C sont réactifs cation, B et D sont des réactifs de l’anion, et les composés sont dans des proportions molaires w et x, respectivement. La même suit pour les produits AD(s) et CB(aq) avec des rapports molaires de y et z. Lorsqu’une réaction a lieu en solution aqueuse, la réaction moléculaire peut être écrit comme une combinaison d’ions libres et insolubles produits connus comme une réaction ionique :

A ⁺ (aq) + B^–(aq) +(aq) de la C⁺+ D^–(aq) →AD(s) + B^–(aq) + C⁺(aq)

réaction ionique

Une réaction ionique montre les deux ions impliqués dans la réaction ainsi que ceux qui ne participent pas, appelées ions spectateur. La formation du produit insoluble annonce(s) identifie les ions qui réagissent ou pourrait être utilisée pour déterminer une règle de solubilité de ces ions. Dans tous les cas, une réaction ionique nette sous-tend toutes les observations, ce qui est une forme simplifiée de la réaction ionique et montre seulement les ions impliqués dans la réaction.

Un⁺(aq) + D^–(aq)→ annonce(s)

réaction ionique nette

Observant une réaction chimique produisant un produit insoluble, ou précipité, est un marqueur pour les participants d’une nette réaction ionique.

Les réactions peuvent être propres à un certain cations ou anions, ou commune à tous les ions au sein d’un groupe ou une classe de réactifs. Par exemple, tous les ions de métaux de transition réagit avec l’ion sulfure, S^{2 –}, à forme insoluble précipite. Beaucoup de métaux alcalino-terreux forme des précipités blanches en présence d’ions carbonate et phosphate. Des analyses d’identification plus sélectifs peuvent être effectuées avec des solutions mixtes grâce à une combinaison de règles de solubilité et de la réactivité chimique. Par exemple, une solution contenant du zinc, argent, nickel et fer puisse être séparée selon l’organigramme de la Figure 1. Le chlorure est tout d’abord ajouté à la solution, précipitant dehors, chlorure d’argent AgCl. Les autres métaux sont hydroxyde précipités dans tous les, avec excès d’hydroxyde de re-dissoudre le zinc. Le zinc est confirmé en présence de potassium hexacyanoferrate, formant un précipité vert. Les précipités de fer et de nickel restantes sont collectées et excès d’ammoniac est ajouté pour dissoudre le nickel et le fer massif complex est recueilli. Le fer est re-dissous en présence d’acide et confirmé avec l’ion thiocyanate. Nickel est formellement identifié en ajoutant la diméthylglyoxime, formant un précipité rougeâtre solide.

La figure 1. Organigramme d’exemple de la séparation de la solution.

Procedure

1. méthodes générales

Préparation pour l’analyse Qualitative
1. Les réactions se font généralement dans des petites éprouvettes avec volume de 5 mL ou moins.
2. Les solutions doivent être entièrement soluble et devraient être relativement diluer, typiquement ~0.1 M.
3. Réactifs doivent être lentement ajoutés goutte-à-goutte et observés attentivement.
4. Plusieurs communes « des solutions de test » est nécessaires pour établir des règles de solubilité ou identifier un ion inconnu. Ces documents contiennent des ions qui réagissent spécifiquement avec certaines espèces chimiques (cations ou anions).
  1. Des solutions communes incluent CaNO₃, BaCl₂, (NH₄)₂MoO₄, HCl, AgNO₃et NaOH et autres solutions comme nécessaire.
Mélange
1. Mélanger les solutions en touchant ou en agitant le tube à essai dans le sens vertical. Utilisez un bouchon ou un bouchon pour éviter les éclaboussures de la solution.
2. Enlever le bouchon ou le bouchon, puis chauffer doucement les solutions avec un bain d’eau ou la flamme cool pour induire une réaction. Point le tube à essai loin de tout individu dans le laboratoire.
Observation et récupération
1. Séparer le surnageant (solution non réactif) et précipiter par centrifugation. Si plus précipitent des formes quand ion essai supplémentaire est ajoutée, la réaction est incomplète. Continuez à ajouter ion de test jusqu’à ce qu’aucuns plus ne précipitent les formes.
2. Laver le précipité à l’aide de centrifugation et de coulée ou de décantation hors le surnageant. Ajouter de l’eau et répétez l’opération pour un total de trois lavages.
3. Laver de grandes quantités de précipité de filtration sous vide et récupérer le précipité séché le papier filtre.
4. Remarque la formation d’un précipité ainsi que les propriétés du précipité comme la couleur, l’épaisseur (gélatineux, nuageux, fine) et formation de cristaux.
Sécurité et déchets
1. Portez toujours des lunettes de sécurité lors de l’exécution d’une analyse qualitative des expériences. Gants peuvent également être nécessaires basée sur les réactifs et les produits formés.
2. Méthodes d’élimination des déchets appropriée doivent être suivies de près. Produits nocifs peuvent se former lorsque plusieurs réactifs sont combinés dans un récipient.

2. analyse de l’anion

Identifier le phosphate, le carbonate, chlorure et des ions sulfure ; PO₄^{3 –}, CO₃^{2 –}, Cl^–, S^2-
1. Phosphate
  1. Ajouter une solution contenant du phosphate, PO₄^{3 –}, une autre solution contenant des ions de calcium, Ca^{2 +}. La formation d’un précipité blanc indique la formation de phosphate de calcium, Ca₃(PO₄)₂.
  2. Puisque de nombreux cations forment des produits insolubles avec calcium, une réaction plus précise est possible. Ajouter H⁺ (acide) à Ca₃(PO₄)₂ pour dissoudre le solide et former HPO₄^{2 –}. Combinez alors le HPO₄^{2 –} avec molybdate d’ammonium (NH₄)₂MoO₄. Un test positif donne l’ammonium précipité jaune de phosphomolybdate, NH₄)₃PO₄(MoO₃)₁₂(s). Les réactions ioniques nettes sont comme suit :
    3 Ca^{2 +}(aq) + 2 PO₄^{3 –}(aq) → Ca₃PO₄(s)
    Ca₃PO₄(s) + 2 H⁺(aq) → 3 Ca^{2 +} + 2 HPO₄²^–(aq)
    HPO₄ ^2- (aq) + 12 (NH₄)₂MoO₄(aq) + 23 H⁺(aq) → (NH₄)₃PO₄ (MoO₃)₁₂(s) + 21 NH₄⁺(aq) + 12 H₂O(l)
2. Carbonate de
  1. Sels de carbonate sont généralement insolubles sauf en présence de cations de groupe 1 et de l’ammonium. Ajoutez quelques gouttes de chlorure de calcium CaCl₂, à la solution contenant du carbonate. Dans les solutions avec des concentrations élevées de carbonate, un blanc précipitent formes et indique une possible formation de phosphate de calcium CaCO₃. La réaction a de nombreuses interférences, y compris les autres anions comme phosphate.
    Ca^{2 +}(aq) + CO₃^{2 –}(aq) → CaCO₃(s)
  2. Ajoutez H⁺ (acide) à une solution contenant du carbonate, CO₃^-2. La formation de bulles indique la présence de CO₂, ce qui signifie₃CO^{2 –} comme réactifs. Ion carbonate se comporte comme une base en présence d’un acide fort à l’eau et de gaz carbonique de forme.
    ₃CO^2-(aq) + H⁺(aq) → CO₂(g) + H₂O(l)
3. Chlorure de
  1. Nitrate d’argent s’ajoute une solution contenant du chlorure. La formation d’un précipité blanc indique la formation de AgCl(s):
    AG⁺(aq) + Cl^–(aq) → AgCl(s)
4. Sulfure de
  1. Ajouter une solution de chlorure de cuivre à une solution contenant du sulfure. La formation d’un précipité noir indique la formation de sulfure de cuivre, CuS. En général, les solutions contenant des ions sulfure, S^{2 –}, réagissent avec des ions métalliques pour donner un sulfures métalliques insolubles.
    S^{2 –} + Cu^{2 +} → CuS(s).
    La valeur du produit de solubilité, K_sp = 6,3 x 10^-36, indique le haut degré d’insolubilité du produit.

3. analyse de cations

Alcali tous les métaux (groupe 1) et certains métaux alcalino-terreux (groupe 2) est solubles, sauf dans des conditions spécifiques.
Groupe de presque tous les 3 – 13 métaux sont considérés comme insolubles en présence de sulfure, carbonate, phosphate et hydroxyde. La couleur et le type du précipité variera.
1. Place une solution dans une solution d’hydroxyde de chrome. On observe un précipité vert. La réaction générale d’un métal + 2 avec un hydroxyde est illustrée ci-dessous :
  M^{2 +} + OH^– → M(OH)₂(s)
2. Il n’est pas possible de différencier des ions métalliques plus basées sur la solubilité seule avec quelques exceptions notables :
  1. L’ajout d’argent, Ag⁺, mercure, Hg₂^{+ 2}ou plomb, Pb^{2 +} au chlorure, bromure ou iodure conduit à la formation précipitée.
  2. L’addition de strontium, Sr^{2 +}, baryum, Ba^{2 +}, mercure, Hg₂^{2 +}ou plomb, Pb^{2 +} entraîne un précipité en présence de sulfate.
  3. BA^{2 +} forme un solide jaune en présence de CrO₄^-2, BaCrO₄(s). Il s’agit du pigment utilisé dans la peinture à base d’huile, communément appelé « baryum jaune ».
Limité l’ insolubilité des ions métalliques permettant d’autres tests qualitatifs d’identifier avec certitude de chaque métal. Tandis que certaine forme de précipités, d’autres subissent des changements de couleur unique en présence de chélation des ions ou des molécules. Identifications de cation comprennent nickel, fer, aluminium et zinc ; Ni^{2 +}, Fe^{3 +}, Al^{3 +}, Zn^{2 +}.
1. Ajouter nickel (II) en présence de la diméthylglyoxime (H₂dmg) pour former la rose-rouge précipité Ni (dmg de₂H) :
  Ni^{2 +}(aq) + 2 H₂dmg(aq) → Ni(Hdmg)₂(s) + 2 H⁺(aq)
2. Fer (III) s’ajoute l’ion thiocyanate, RCS^– pour former le rouge sang [FeNCS]^{2 +}] complexe :
  Fe^{3 +}(aq) + RCS^–(aq) → [FeNCS]^{2 +}(aq)
3. Ion aluminium
  1. Combiner en aluminium (III) avec pyrocatéchol violet dans une solution pH du tampon d’acétate d’ammonium 6 pour former une solution bleue.
  2. Aluminium (III) est également précipité en présence d’une base faible pour former le blanc gélatineux Al(OH)₃(s) composé. L’addition de plus base provoque le composé pour former la limpide et incolore [Al(OH)₄]^–(aq) complexe soluble.
4. Ions de zinc
  1. Ajoute une petite quantité de base pour former un précipité blanc de zinc (II). Ajoutez ensuite une base plus pour re-dissoudre le précipité et former le soluble [Zn(OH)₄]^{2 –} complexe.
  2. Ajouter zinc (II) de potassium hexacyanoferrate, K₄[Fe(CN)₆] pour former la lumière verte précipitée K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂(s) :
    3 Zn^{2 +}(aq) + 2 K₄[Fe(CN)₆](aq) → K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂(s) + 6 K⁺(aq)

Tendances dans les propriétés de solubilité des composés ioniques peuvent être utilisés pour l’analyse qualitative des solutions ioniques. Lorsqu’un composé est ajouté à un mélange de solutions ioniques, de nombreux produits peuvent se former, chacune ayant des propriétés de solubilité différente. Si seulement un seul produit est insoluble, puis elle seule laissera la solution. En effectuant des réactions séquentielles, ions dans une solution peuvent être systématiquement identifiées et isolées.

Alors qu’il existe une variété d’outils d’analyse pour l’analyse élémentaire, les techniques sont souvent fastidieux ou ont besoin de transporter des échantillons entre laboratoires. Techniques d’analyse qualitatives par exemple examiner les propriétés de solubilité sont des méthodes de présélection rapides, accessibles pour l’analyse.

Cette vidéo va introduire les propriétés de solubilité des composés ioniques, Démontrez les procédures pour la précipitation sélective des composés ioniques et introduire quelques applications de l’analyse qualitative des tendances de solubilité en milieu industriel.

Composés ioniques sont composées d’un cation et un anion. Lorsqu’une réaction se produit entre deux différents composés ioniques, le cation d’un composé est attiré électrostatiquement par l’anion de l’autre, formant un nouveau composé. Les ions qui ne participent pas à la réaction sont appelées ions spectateur et figurent plus dans la réaction ionique nette. Lorsqu’un composé ionique se dissout, réversible, ils interagissent avec les molécules de solvant et les ions se dissocient. Si l’interaction entre un ion et la contre-ion nouveau est plus forte qu’entre les ions et les molécules de solvant, il sera plus favorable pour le produit est en phase solide. La formation d’un produit solide de la solution est connue sous forme de précipitation, et le solide s’appelle le précipité.

Les ions peuvent être sélectivement isolées dans la solution par induisant des réactions avec des précipités insolubles. Pour concevoir ces réactions, cations et anions sont attribuées aux grandes catégories selon les tendances de la solubilité. Les cations sont regroupées en identifiant l’anion commune à leurs produits de réaction insoluble et anions sont également regroupées par des cations communes. Solutions de ces ions communes sont utilisées pour tester ces groupes.

Lorsque la séparation est souhaitée pour les ions appartenant au même groupe, réactifs spécialisés ou concentrée les solutions peuvent être utilisées pour induire des réactions sélectives une fois que les ions dans ce groupe ont été isolées. Ces réactifs spécialisés peuvent également servir pour confirmer l’identité d’un ion isolé. Maintenant que vous comprenez les principes qui sous-tendent l’analyse qualitative des ions, Let ‘ s go grâce à 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, d’abord préparer des solutions de test diluée de calcium aqueux, orthomolybdate d’ammonium et d’acide nitrique concentré. Ensuite, placer 5 mL de la solution inconnue dans un tube à essai.

Ajouter goutte à goutte la solution de calcium 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, ajouter lentement l’acide nitrique dans l’éprouvette. Dissolution du précipité indique que hydrogénophosphate a formé. L’absence de bulles de gaz indique qu’aucun carbonate n’est présent, comme le carbonate aurait réagi avec l’acide pour former du dioxyde de carbone et l’eau.

Enfin, ajouter lentement l’orthomolybdate d’ammonium dans l’éprouvette. Formes de phosphomolybdate d’ammonium comme un précipité jaune, confirmant la présence de phosphate dans la solution.

Tout d’abord, préparer des solutions diluées de test figurant dans le protocole du texte. Obtenir quatre tubes à essai et casquettes utilisables dans une centrifugeuse. Placer un mélange aqueux zinc, nickel, argent et nitrates de fer dans un tube à essai. Pour commencer la séparation, tout d’abord ajouter lentement l’acide chlorhydrique dilué pour le mélange, en remuant doucement. Le précipité blanc qui se forme est chlorure d’argent. Continuez à ajouter une solution de chlorure jusqu’à ce qu’aucuns plus ne précipitent les formes.

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

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

Puis, ajouter potassium hexacyanoferrate goutte à goutte la solution de zinc pour former le potassium hexacyanoferrate de zinc comme un précipité blanc. Maintenant, pour le tube à essai contenant de l’hydroxyde de nickel solides et hydroxyde de fer, ajouter lentement l’ammoniac pour former l’ion de hexammine nickel bleu soluble. Séparer la solution de nickel de l’hydroxyde de fer solide par centrifugation et décanter la solution de nickel dans le quatrième tube à essai. L’hydroxyde de fer trois fois avec de l’eau de lavage et décanter les lavages dans la solution de nickel. Puis, ajouter lentement la diméthylglyoxime à la solution de nickel pour former à la diméthylglyoxime nickel comme un précipité rouge. À l’hydroxyde de fer solide, ajouter avec précaution l’acide chlorhydrique concentré pour former une solution de chlorure ferrique. Pour confirmer la présence de fer, ajouter thiocyanate pour former le cation thiocyanatoiron rouge foncé.

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

Quand l’eau contient une forte concentration de cations métalliques tels que le calcium ou de magnésium, elle est appelée l’eau dure. Ces cations métalliques peuvent réagir avec les anions dans l’eau comme le carbonate de tartre qui forme qui obstruent les tuyaux ou les radiateurs à eau chaude. Dureté de l’eau peut être évaluée en ajoutant une solution de carbonate d’un échantillon d’eau. Précipité blanc indique des niveaux élevés de calcium.

Phosphate est un nutriment important pour de nombreuses formes de vie et est donc utilisé dans les engrais industriels et jardins, mais un excès de phosphate peuvent être néfaste, particulièrement dans des environnements d’eau douce. Traitement des eaux usées dans les zones résidentielles et commerciales peuvent être testées pour les phosphates en ajoutant de l’acide nitrique et ammonium orthomolybdate. Précipité jaune indique des niveaux élevés de phosphates.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE aux règles de solubilité des ions. Vous devriez maintenant être familiarisé avec les principes des réactions ioniques, quelques procédures pour l’analyse qualitative des solutions et des applications d’analyse qualitative à l’aide de solubilité.

Merci de regarder !

Applications and Summary

Les réactions ci-dessous peuvent être utilisées pour identifier la présence d’une classe de cations ou anions ou être utilisé très spécifiquement pour un certain ion. Parce que les deux réactifs sont utilisés dans les analyses, soit réactif est généralement détectable à l’aide de l’autre. Par exemple, au lieu d’analyser la présence de chlorure à l’aide d’ions d’argent, les ions d’argent peuvent être identifiées en utilisant du chlorure. Une combinaison de règles communes des précipitations suivie de tests colorimétriques ou précipitations spécifiques permet d’identifier avec certitude presque chaque ion, atomique ou polyatomique, disponible. Dans le même temps, la plupart de ces mêmes règles peut être établie par réaction entre anions et cations ensemble systématiquement pour générer un ensemble de règles pour le cation et l’anion solubilité.

Analyse qualitative et la règle relies à la solubilité est des expériences communes dans le laboratoire de chimie générale. Cela est dû, en partie, à la facilité, la vitesse et la nature peu coûteux des tests. C’est pour toutes ces raisons que les tests qualitatifs sont également utilisées dans les analyses sur le terrain et de laboratoire de confirmation des tests. Par exemple, un cabinet de géologie souhaitera savoir si des quantités importantes de nickel existent dans le ruissellement des cours d’eau d’une mine. Un test simple en ajoutant de l’eau à dimethylgloxime est sélectif pour l’ion nickel. De même, les autorités de la qualité de l’eau peuvent utiliser baryum (ou certains autres métaux du groupe 2) pour détecter les carbonates dans l’eau, donc de détecter le niveau de dureté de l’eau. Instrumentation avancée est utilisée, cependant, lorsque quantitative des résultats sont nécessaires ou plusieurs ions doivent être identifiés à des niveaux très bas. Cela inclut diverses formes de spectroscopie de masse ainsi que la chromatographie ionique et spectroscopie lumineuse.

References

Eaton, A. Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater. Centennial ed. Washington, DC: American Public Health Association (2005).

Transcript

Trends in the solubility properties of ionic compounds can be used for the qualitative analysis of ionic solutions. When a compound is added to a mixture of ionic solutions, many products can form, each with different solubility properties. If only one product is insoluble, then it alone will leave the solution. By performing sequential reactions, ions in a solution can be systematically identified and isolated.

While a variety of analytical instruments exist for elemental analysis, the techniques are often time-consuming or require transporting samples between laboratories. Qualitative analytical techniques such as examining solubility properties are fast, accessible pre-screening methods for analysis.

This video will introduce the solubility properties of ionic compounds, demonstrate procedures for selectively precipitating ionic compounds, and introduce a few applications of qualitative analysis using solubility trends in industrial settings.

Ionic compounds are composed of a cation and an anion. When a reaction occurs between two different ionic compounds, the cation of one compound is electrostatically attracted to the anion of another, forming a new compound. The ions that do not participate in the reaction are called spectator ions, and are omitted from the net ionic reaction. When an ionic compound dissolves, they reversibly interact with solvent molecules, and the ions dissociate. If the interaction between an ion and the new counter-ion is stronger than between the ion and the solvent molecules, it will be more favorable for the product to be in the solid phase. The formation of solid product from solution is known as precipitation, and the solid is called the precipitate.

Ions can be selectively isolated from solution by inducing reactions with insoluble precipitates. To design these reactions, cations and anions are assigned to broad categories based on solubility trends. Cations are grouped by identifying the anion common to their insoluble reaction products, and anions are likewise grouped by common cations. Solutions of these common ions are used to test for these groups.

When separation is desired for ions belonging to the same group, specialized reagents or concentrated solutions can be used to induce selective reactions once the ions in that group have been isolated. These specialized reagents can also be used to confirm the identity of an isolated ion. Now that you understand the principles behind the qualitative analysis of ions, let’s go through a technique for analyzing a solution for phosphate, followed by a procedure for separating a mixture of metal cations.

To analyze a solution for phosphate, first prepare dilute test solutions of aqueous calcium, ammonium orthomolybdate, and concentrated nitric acid. Then, place 5 mL of the unknown solution in a test tube.

Add the calcium solution dropwise to the unknown solution. The formation of a white precipitate could indicate the presence of calcium phosphate, or calcium carbonate. To verify the presence of phosphate, slowly add nitric acid to the test tube. Dissolution of the precipitate indicates that hydrogen phosphate has formed. The lack of gas bubbles indicates that no carbonate is present, as carbonate would have reacted with the acid to form carbon dioxide and water.

Finally, slowly add the ammonium orthomolybdate to the test tube. Ammonium phosphomolybdate forms as a yellow precipitate, confirming the presence of phosphate in the solution.

First, prepare dilute test solutions as listed in the text protocol. Obtain four test tubes and caps suitable for use in a centrifuge. Place a mixture of aqueous zinc, nickel, silver, and iron nitrates in one test tube. To begin separation, first slowly add dilute hydrochloric acid to the mixture, swirling gently. The white precipitate that forms is silver chloride. Continue adding chloride solution until no more precipitate forms.

Separate the liquid, or supernatant, and the solid silver chloride by centrifugation. Decant the supernatant into the second test tube. Wash the silver chloride three times with water and decant each wash into the second test tube. Next, add the sodium hydroxide solution dropwise to the second test tube. Three precipitates will form: white zinc hydroxide, yellow iron hydroxide, and green nickel hydroxide. Continue adding sodium hydroxide until the solid white zinc compound dissolves, forming the soluble zincate ion. Separate the zinc solution and the solid nickel and iron compounds by centrifugation, and then decant the solution into the third test tube. Wash the solids with water three times and decant each into the zinc solution.

Slowly add hydrochloric acid to the zinc solution in the third test tube until zinc hydroxide precipitates and then dissolves.

Then, add potassium hexacyanoferrate dropwise to the zinc solution to form potassium zinc hexacyanoferrate as a white precipitate. Now, to the test tube containing solid nickel hydroxide and iron hydroxide, slowly add ammonia to form the soluble blue nickel hexammine ion. Separate the nickel solution from the solid iron hydroxide by centrifugation and decant the nickel solution into the fourth test tube. Wash the iron hydroxide three times with water and decant the washes into the nickel solution. Then, slowly add dimethylglyoxime to the nickel solution to form nickel dimethylglyoxime as a red precipitate. To the solid iron hydroxide, carefully add concentrated hydrochloric acid to form a solution of ferric chloride. To confirm the presence of iron, add thiocyanate to form the deep red thiocyanatoiron cation.

The simplicity and speed of performing qualitative analysis of ions in solution makes this technique widely used in environmental chemistry and industry.

When water contains a high concentration of metal cations such as calcium or magnesium, it is called hard water. These metal cations can react with anions in the water such as carbonate to form chalky deposits that clog pipes or hot water heaters. Water hardness can be assessed by adding a carbonate solution to a water sample. White precipitate indicates high levels of calcium.

Phosphate is an important nutrient for many forms of life and is therefore used in both industrial and garden fertilizers, but an excess of phosphate can be detrimental, particularly in freshwater environments. Wastewater in residential and commercial areas can be tested for phosphates by adding nitric acid and ammonium orthomolybdate. Yellow precipitate indicates high levels of phosphates.

You’ve just watched JoVE’s introduction to solubility rules for ions. You should now be familiar with the principles of ionic reactions, a few procedures for qualitative analysis of solutions, and some applications of qualitative analysis using solubility.

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