ソース: 博士ニール エイブラムスの研究室-環境科学および林業のニューヨーク州立大学
イオン性化合物の溶解度は、定性分析によって決定できます。定性分析は化学的性質を使用する分析化学の枝と化合物に存在する陽イオンまたは陰イオンを識別する反応。化学反応は知られている溶解性ルールに依存しています、それらの同じ規則を形成する製品を識別することによって決定できます。現代の産業化学研究所で定性分析は通常行われませんが、高度な計測器を必要とせずフィールドで簡単に使用することができます。定性分析は、また観測を説明して、決定的な結論を出すためにフローチャートにデータの整理し同様、イオンとイオン反応を理解することに焦点を当ててください。
多くの陽イオンと陰イオンの対応と同様の化学的性質があります。慎重な分離・分析ソリューションにイオンを体系的に識別するために、正しい識別が必要です。それは酸/塩基特性、イオン平衡、酸化還元反応、イオンを正常に識別する pH プロパティを理解することが重要です。
ほぼすべての元素と多原子イオンの定性検査、識別プロセス通常知ることから始まる分析するイオンの「クラス」陽イオンまたは陰イオン、または多原子、元素のグループまたは期間、遷移または主要なグループ。この実験では、イオン、陽イオンと陰イオンの両方のタイプが識別されます。陽イオンを多原子イオンも含めます。
陽イオンと陰イオンを識別する既知の化学反応と反応与えられた未知のイオン間に基づいています。場合、同様のイオンを積極的に識別する反応の欠如があります。すべてのイオン性化合物から成る陽イオンと、陰イオンと 2 つの異なるイオン性化合物の間の反応が発生すると、1 つの化合物の陽イオンが新しいイオン性化合物を形成し、別の陰に引き付け静電。(注: いくつかのユニークなイオン性の化合物の陽イオンまたはイオンがあります。KNaC4H4O6または (NH4)2Fe (その4)2例だろうイオン性の化合物の全体的な料金合計する必要がまだゼロに。)この種の反応は、メタセシス、または二重変位の反作用として知られているし、以下の通りです。
wAB(aq) + xCD(aq)→y広告(s) + zCB(aq)
分子反応
どこ A および C は、陽イオンの反応、B と D が陰イオン反応、化合物、モルの割合 w とx、それぞれ。同じ広告の製品(s)とyとzのモル比を持つ CB(aq)に従います。水溶液中での反応が起こるとき、分子反応は無料イオンとイオン反応として知られている不溶性の製品の組み合わせとして記述できます。
A+(aq) + B–(aq) +(aq) C++–D(aq) →AD(s) + B–(aq) C+(aq)
イオン反応
イオン反応は、参加しない、スペクテーター イオンとして知られているそれらと同様、反応に関与するイオンの両方を示しています。不溶性の製品広告(s)の形成反応のイオンを識別またはそれらイオンの容解性の規則が決定される可能性があります。すべてのケースで純イオン反応はイオン反応の簡略化された形であり、反応に関与するイオンのみを示していますすべての観測に基づいています。
+(Aq) + D–(aq)→ 広告(s)
純イオン反応
不溶性の製品、または沈殿物の生産化学反応を観察することは純イオン反応の参加者のためのマーカーです。
陽イオンまたは陰イオンに独特なか共通試薬のクラスまたはグループ内のすべてのイオンに反応があります。たとえば、すべての遷移金属イオンと硫化物イオン S2 –反応、フォーム不溶性の沈殿物します。多くのアルカリ土類金属は、炭酸塩やリン酸イオン存在下における白色析出物を形成します。溶解度ルールと化学反応の組み合わせにより混合ソリューションをより選択的同定解析を実行できます。たとえば、亜鉛、銀、ニッケル、鉄を含む溶液は、図 1のフローチャートによると分けることも。塩化物がまず塩化銀塩化銀を沈殿させるソリューションに追加されます。残りの金属が過剰の水酸化亜鉛の再溶解のすべての沈殿水酸化です。亜鉛は、緑の沈殿物を形成、カリウム錯体存在下で確認されます。残りの鉄とニッケルの沈殿物を収集、ニッケルを溶解する過剰のアンモニアが追加され、複雑な固体の鉄を収集します。鉄は酸の存在下で再溶解し、チオシアン酸イ オンを確認します。ニッケルは、積極的にジメチルグリオキシム、固体の赤褐色沈殿物を形成を追加することによって識別されます。
図 1。分離ソリューションの例フローチャート。
1 一般的な方法
2. 陰イオン分析
3. 陽イオン分析
イオン性化合物の溶解度特性の傾向は、イオン溶液の定性分析に使用できます。いつ化合物は、多くの製品は形作ることができる、それぞれ異なる溶解特性を持つイオン溶液の混合物に追加されます。だけ 1 つの製品が水溶性の場合それだけでは解決策が残ります。逐次反応を実行すると、溶液中のイオンを体系的に識別して分離しました。
元素分析に様々 な分析機器が存在するテクニック時間がかかることが多いや研究室間の検体の移送を必要とします。溶解度のプロパティを調べることなど定性的な分析手法は、分析のため高速でアクセス可能なプレ ・ スクリーニング方法です。
このビデオがイオン性化合物の溶解度のプロパティを導入、イオン性化合物を選択的に沈殿のための手順を示すし、定性分析産業設定で溶解性の傾向を使用してのいくつかのアプリケーションをご紹介します。
イオン性物質は、陽イオンと陰イオンで構成されます。2 つの異なるイオン性化合物の間の反応が発生すると、1 つの化合物の陽イオンは静電新しい化合物を形成し、別の陰イオンに引きつけられます。反応に参加しないイオン スペクテーター イオンと純イオン反応から省略されます。イオン性化合物が分解するとき可逆的に溶媒分子との対話し、イオンを分離します。イオンと新しいカウンター イオンの相互作用、イオンと溶媒分子との間よりも強い場合、それは固体の段階にある製品の有利になります。溶液から固体製品の形成は沈殿物として知られている、固体沈殿物と呼びます。
イオンは溶液から不溶性沈殿が誘発反応による選択的に分離することができます。これらの反応を設計するには、陽イオンと陰イオンは、溶解性の傾向に基づく広範なカテゴリに割り当てられます。陽イオン、陰イオンの不溶性反応製品に共通の特定によってグループ化し、陰イオンは一般的な陽イオンによって同様にグループ化されます。これらの共通イオンのソリューションは、これらのグループのテストに使用されます。
分離がイオン専用試薬、同じグループに属している必要なまたは集中ソリューションはそのグループのイオンが分離されたら、選択的反応を誘導するために使用できます。分離されたイオンの身元を確認するこれらの特殊な試薬を使用もできます。今ではイオン、リン酸塩のためのソリューションを分析するための手法を行ってみましょうの質的分析の背後にある原理を理解する金属の陽イオンの混合物を分離するための手順が続きます。
リン酸塩のためのソリューションを分析し、まず水溶性カルシウム、アンモニウム orthomolybdate と濃硝酸の希釈テスト ソリューションを準備します。次に、試験管に未知の溶液 5 mL を配置します。
未知の溶液に滴下カルシウム溶液を追加します。白色沈殿物の形成は、リン酸カルシウムや炭酸カルシウムの存在を示すことができます。リン酸の存在を確認するには、ゆっくりと試験管に硝酸を追加します。沈殿物の溶解は、リン酸水素が形成されることを示します。気泡の欠如は、炭酸は二酸化炭素と水に酸と反応があるだろう、でも、炭酸塩が存在ことがないを示します。
最後に、ゆっくりと、試験管にアンモニウム orthomolybdate を追加します。黄色の沈殿物は、溶液中のリン酸の存在を確認としてアンモニウム モリブドリン酸フォーム。
まず、テキスト プロトコルに記載されている希釈試験液を準備します。4 つの試験管と、遠心分離機での使用に適したキャップを取得します。1 試験管に水亜鉛、ニッケル、銀、鉄の硝酸塩の混合物を配置します。分離するには、まずゆっくりと希塩酸、混合物に追加、ゆっくり旋回します。形成する白色の沈殿物は、塩化銀です。多くの沈殿物無しフォームまで塩化物溶液を追加していきます。
遠心分離して上澄み、液体や固体の塩化銀を区切ります。2 番目のテスト チューブに上清をデカントします。3 回水で塩化銀を洗浄し、洗うたびに 2 番目のテスト チューブをデカントします。次に、2 番目の試験管に水酸化ナトリウム溶液を滴下追加します。3 つの析出物を形成する: 白緑ニッケル水酸化物、黄色の鉄水酸化亜鉛水酸化物。水溶性ジンケート イオンを形成化合物固体白い亜鉛が溶解するまで水酸化ナトリウムを追加していきます。遠心分離によって亜鉛溶液と固体ニッケル鉄化合物を分離し、第 3 の試験管にソリューションをデカントします。水と固形物を 3 回洗浄し、デカント亜鉛溶液にそれぞれ。
ゆっくりと水酸化亜鉛の沈殿物し、溶解するまで第 3 の試験管に亜鉛溶液に塩酸を追加します。
その後、白色沈殿物としてカリウム亜鉛錯体を形成する亜鉛溶液に滴下カリウム錯体を追加します。今、固体ニッケル水酸化物と水酸化鉄を含むテスト チューブにゆっくりと水溶性青ニッケル hexammine イオンを形成するためアンモニアを追加します。遠心沈降法による固体鉄水酸化物のニッケル液を分離し、4 番目のテスト チューブにニッケル液をデカントします。3 回水と水酸化鉄を洗い、デカント ニッケル液に洗浄。ゆっくりと赤い沈殿物としてニッケル ジメチルグリオキシムを形成するニッケル液にジメチルグリオキシムを追加します。固体鉄水酸化塩化第二鉄の溶液を形成する濃塩酸を慎重に追加します。鉄の存在を確認、深い赤 thiocyanatoiron 陽イオンを形成するチオシアン酸を追加します。
シンプルさと溶液中のイオンの定性分析を実行するスピード広く化学環境と業界でこの手法になります。
水には、カルシウムやマグネシウムなどの金属イオンの高濃度が含まれています、硬水が呼び出されます。これらの金属の陽イオンは、水パイプや給湯を詰まらせる白亜預金を形成する炭酸塩などの陰イオンと反応できます。水の硬度は炭酸溶液を水のサンプルに追加することによって評価できます。白い沈殿物は、カルシウムの高いレベルを示します。
リン酸は生命の多くの形態のための重要な栄養素、産業および庭の肥料のために使用されますが、リン酸の過剰は有害な特に淡水環境ですることができます。住宅や商業地における排水は、リン酸塩のため硝酸アンモニウム orthomolybdate を追加してテストできます。黄色の沈殿物は、リン酸塩の高レベルを示します。
イオンの溶解度ルールのゼウスの概要を見てきただけ。イオン反応、ソリューションの定性分析に、いくつかのプロシージャおよび溶解度を用いた質的分析のいくつかのアプリケーションの原則に精通している必要がありますできます。
見てくれてありがとう!
ここに示す反応は、陽イオンまたは陰イオンのクラスの存在を確認したり、ある特定のイオンのために非常に特別に使用する使用ことができます。2 試薬、分析で使用される、いずれかの試薬通常検出できます他します。たとえば、塩化銀イオンを使用の有無を分析する代わりに銀イオン識別できます塩化物を使用します。特定の色または沈殿物テスト続く沈殿物の一般的なルールの組み合わせは、原子または多原子、利用可能なほぼすべてのイオンを識別するために使用できます。同時にそれらの同じ規則のほとんどは、反応の陰イオンと陽イオンは陽イオンと陰イオンの容解性のための規則のセットを生成するために体系的に一緒に確立できます。
定性分析と溶解性に関連するルールは、一般的な化学実験室の一般的な実験です。これは、ため、一部では、使いやすさ、速度、およびテストの安価な自然です。テスト フィールドに基づく分析と検証ラボで使用される質的なテストはまた、これらの理由からです。たとえば、地質会社はかどうか大量のニッケル鉱山から流出するストリーム内に存在を知りたい場合があります。水を dimethylgloxime に追加することによって単純なテストは、ニッケル イオンの選択的です。同様に、水質当局は水の硬度のレベルを検出してこのように水に炭酸塩を検出するバリウム (またはいくつか他のグループ 2 の金属) を使用できます。ただし、高度な計測では、定量的な結果が必要か、複数のイオンは非常に低いレベルで識別する必要がありますがされます。これは、質量分析法、イオンクロマトグラフィー、光分光法の様々 な形態が含まれています。
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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