1.6: イオン性化合物の溶解度ルールの決定

1 一般的な方法

1. 定性分析のための準備
   1. 反応は、ボリュームの 5 mL 以下と小型試験管で一般的に行われます。
   2. ソリューションは、完全に溶解する必要があるし、通常 ~0.1 M 比較的希釈する必要があります。
   3. 試薬は、ゆっくりと drop-wise を追加、注意深く観察する必要があります。
   4. いくつか一般的な「テスト ソリューション」溶解性ルールを確立または不明なイオンを識別する必要があります。これらは、特定の化学種 (陽イオンまたは陰イオン) と特異的に反応する知られているイオンを含んでいます。
      1. 一般的なソリューションは、カノ₃BaCl₂(NH₄)₂MoO₄, HCl、アグノ₃,、水酸化ナトリウム、および他のソリューションに必要な。
2. 混合
   1. タップまたは垂直方向のテスト チューブを旋回してソリューションをミックスします。コルクやストッパーを使用して、ソリューションを飛散防止のため。
   2. コルクまたはストッパー、削除し、優しく水浴または反応を誘発するクールな炎のソリューションを加熱します。ラボで、個人から試験管をポイントします。
3. 観察と回復
   1. 上清 (非反応溶液) を分離、遠心分離による沈殿物します。追加のテスト イオンが追加されたときにフォームを沈殿より反応は完了です。多くの沈殿物無しフォームまでテスト イオンを追加していきます。
   2. 遠心分離を使用して注ぐや培養上清をデカント沈殿を洗います。多くの水を追加し、3 つ洗浄液の合計のプロセスを繰り返します。
   3. 真空濾過により大量の沈殿物を洗浄し、フィルター ペーパーから乾燥した沈殿物を回復します。
   4. 沈殿物の形成だけでなく、沈殿物の色、厚さ (ゼラチン、曇り、罰金)、結晶形成などのプロパティに注意してください。
4. 安全性と廃棄物
   1. 定性分析実験を行いながら安全眼鏡を常に着用します。手袋も必要があります使用する試薬や形成製品に基づいています。
   2. 適切な廃棄物処理方法に密接に従わなければなりません。1 つのコンテナーに複数の反応を組み合わせた場合、有害な製品を形作ることができます。

2. 陰イオン分析

1. リン酸塩、炭酸、塩化物、硫化物イオン; を識別します。PO₄^{3 -}, CO₃^{2 -}、^-、Cl S^2-
   1. リン酸
      1. 溶液リン酸、PO₄^{3 -}、カルシウム イオン、Ca^{2 +}を含む別のソリューションを追加します。白色沈殿物の形成は、リン酸カルシウム、Ca₃(PO₄)₂の生成を示します。
      2. 多くの陽イオンはカルシウムと不溶性の製品を形成するのでより特定の反応が可能です。固体を溶解し、HPO₄^2-を形成する Ca₃(PO₄)₂ H⁺ (酸) を追加します。その後、HPO₄^2-モリブデン酸アンモニウム (NH₄)₂MoO₄とを組み合わせます。肯定的なテストをもたらす黄色沈殿物悪かった、NH₄)₃PO₄(MoO₃)₁₂(s)。純イオン反応は次のとおりです。
         3 Ca^{2 +}(aq) + 2 PO₄^{3 -}(aq) → Ca₃PO₄(s)
         Ca₃PO₄(s) + 2 H⁺(aq) → 3 Ca^{2 +} + 2 HPO₄^2-(aq)
         HPO₄ ^2-(aq) + 12 (NH₄)₂MoO₄(aq) + 23 H⁺(aq) → (NH₄)₃PO₄ (MoO₃)₁₂(s) + 21 NH₄⁺(aq) + 12 H₂O(l)
   2. 炭酸塩します。
      1. 炭酸塩グループ 1 及びアンモニウム イオン存在下でを除いて一般に溶け合うことはありません。炭酸塩含有溶液に塩化カルシウム、CaCl₂を数滴を追加します。高炭酸濃度とソリューションの白いフォームを沈殿し、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム₃生成の可能性を示します。反応は、リン酸塩のような他の陰イオンを含む多くの干渉です。
         Ca^{2 +}(aq) + CO₃^{2 -}(aq) → CaCO₃(s)
      2. ₃CO^2-炭酸塩を含む溶液に H⁺ (酸) を追加します。気泡の形成は、CO₂を意味する CO₃^2-反応物としての存在感を示します。炭酸イオンは、フォームの炭酸ガスと水に強酸の存在下でベースとして動作します。
         CO₃^2-(aq) + H⁺(aq) → CO₂(g) + H₂O(l)
   3. 塩化
      1. 硝酸銀を塩化物含有のソリューションに追加します。白色沈殿物の形成は、塩化銀(s)の形成を示します。
         Ag⁺(aq) + Cl^-(aq) → 塩化銀(s)
   4. 硫化物
      1. 硫化物を含む溶液に塩化銅ソリューションを追加します。黒い沈殿物の形成は、硫化銅、CuS の形成を示します。一般的には、S^{2 -}、硫化物イオンを含む溶液は、不溶性の金属硫化物を生成する金属イオンと反応します。
         S^2- +、Cu^{2 +} → 我孫子(s)。 
         K_spの溶解度積の値 = 10^-36× 6.3、製品の不溶性の高度を示します。

3. 陽イオン分析

1. すべてのアルカリ金属 (グループ 1) といくつかのアルカリ土類金属 (グループ 2) ある特定の条件の下でを除く水溶性。
2. ほぼすべてのグループ 3-13 金属硫化物の存在下で不溶性と見なされます、炭酸塩、リン酸塩および水酸化物。色と沈殿物の種類が異なります。
   1. 水酸化水溶液にクロム ソリューションを配置します。緑の析出物が観察されます。+2 金属水酸化物との一般的な反応は以下のとおりです。
      M^{2 +} + オハイオ州^- → M(OH)₂(s)
   2. 溶解性だけでいくつかの注目すべき例外に基づくほとんどの金属イオンを区別することは不可能します。
      1. 鉛 Pb^{2 +}塩化物、臭化物、またはヨウ化や Ag⁺、水銀、Hg₂^{+ 2}、銀のさらは、沈殿形成の結果します。
      2. ストロンチウム, Sr^{2 +}, バリウム, Ba^{2 +}水銀、Hg₂^{2 +}、または鉛、Pb^{2 +}により硫酸の存在下で沈殿物の追加。
      3. Ba^{2 +}クロ₄^{2 -}BaCrO₄(s)の存在下で黄色の固体を形成します。これは「バリウム イエロー」と呼ばれる油性塗料に使われる色素です。
3. 限られた不溶性金属イオンのそれぞれの金属を識別するために他の定性検査が可能です。一方、いくつかのフォームの沈殿物、他はキレート イオンまたは分子の存在下で独特の色変更を受けます。陽イオンの同定は、ニッケル、鉄、アルミニウムおよび亜鉛;Ni^{2 +}Fe^{3 +}Al^{3 +}Zn^{2 +}。
   1. ジメチルグリオキシム (H₂dmg) ローズ赤色沈殿物 Ni (H₂dmg) を形成する存在下でのニッケル (II) を追加します。
      Ni^{2 +}(aq) + 2 H₂dmg(aq) → Ni(Hdmg)₂(s) + 2 H⁺(aq)
   2. チオシアン酸イ オン、SCN^-血赤 [FeNCS]^{2 +}を形成するために鉄 (III) を追加] 複雑な。
      Fe^{3 +}(aq) + SCN^-(aq) → [FeNCS]^{2 +}(aq)
   3. アルミニウム イオン
      1. ピロカテ コール バイオレット ブルーのソリューションを形成する pH 6 アンモニウム酢酸緩衝液とアルミニウム (III) を組み合わせます。
      2. アルミニウム (III) はまた、ゼラチン白 Al(OH)₃(s)化合物を形成するため弱い基盤の存在下で沈殿します。もっと基本を追加されます [Al(OH)₄] 明確な無色のフォームに化合物^-(aq)可溶性複合体。
   4. 亜鉛イオン
      1. 少量の白色沈殿物を形成するベースに亜鉛 (II) を追加します。再沈殿を溶解し、可溶性 [Zn(OH)₄]^2-複雑な形成によりベースを追加します。
      2. 光緑沈殿物 K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂(s) を形成するカリウム錯体、K₄[Fe(CN)₆] に亜鉛 (II) を追加します。
         3 の Zn^{2 +}(aq) + 2 K₄[Fe(CN)₆](aq) → K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂(s) +(aq) 6 K⁺

イオン性化合物の溶解性特性の傾向は、イオン溶液の定性分析に使用できます。イオン溶液の混合物に化合物を添加すると、それぞれ異なる溶解特性を持つ多くの生成物が形成されます。1つの製品だけが不溶性の場合、それだけが溶液から出ます。逐次反応を行うことにより、溶液中のイオンを系統的に同定し、単離することができます。

元素分析にはさまざまな分析機器が存在しますが、多くの場合、その手法には時間がかかり、ラボ間でサンプルを輸送する必要があります。溶解性特性の調査などの定性分析手法は、分析のための迅速でアクセス可能な事前スクリーニング方法です。

このビデオでは、イオン性化合物の溶解性特性を紹介し、イオン性化合物を選択的に沈殿させる手順を示し、産業環境での溶解度傾向を使用した定性分析のいくつかのアプリケーションを紹介します。

イオン性化合物は、陽イオンと陰イオンで構成されています。2つの異なるイオン性化合物間で反応が起こると、一方の化合物の陽イオンが別の化合物の陰イオンに静電的に引き付けられ、新しい化合物が形成されます。反応に関与しないイオンはスペクテイターイオンと呼ばれ、正味のイオン反応からは省略されます。イオン性化合物が溶解すると、それらは溶媒分子と可逆的に相互作用し、イオンは解離します。イオンと新しい対イオンとの間の相互作用がイオンと溶媒分子との間の相互作用よりも強い場合、製品が固相にある方が有利になります。溶液から固体生成物が形成されることは沈殿物として知られており、固体は沈殿物と呼ばれます。

イオンは、不溶性沈殿物との反応を誘導することにより、溶液から選択的に単離できます。これらの反応を設計するために、陽イオンと陰イオンは溶解度の傾向に基づいて広範なカテゴリーに割り当てられます。陽イオンは、不溶性反応生成物に共通の陰イオンを特定することによってグループ化され、陰イオンも同様に一般的な陽イオンによってグループ化されます。これらの一般的なイオンの溶液は、これらのグループの試験に使用されます。

同じグループに属するイオンの分離が必要な場合は、そのグループ内のイオンが単離された後、特殊な試薬または濃縮溶液を使用して選択的反応を誘発できます。これらの特殊な試薬は、単離されたイオンの同一性を確認するためにも使用できます。イオンの定性分析の原理を理解したところで、リン酸塩の溶液を分析する手法と、金属カチオンの混合物を分離する手順を見ていきましょう。

リン酸塩溶液を分析するには、まずカルシウム水溶液、オルトモリブデン酸アンモニウム、および濃硝酸の希薄な試験溶液を調製します。次に、未知の溶液5mLを試験管に入れます。

カルシウム溶液を未知の溶液に滴下します。白い沈殿物の形成は、リン酸カルシウムまたは炭酸カルシウムの存在を示している可能性があります。リン酸塩の存在を確認するには、試験管に硝酸をゆっくりと加えます。沈殿物の溶解は、リン酸水素が形成されたことを示しています。気泡がないことは、炭酸塩が酸と反応して二酸化炭素と水を形成したため、炭酸塩が存在しないことを示しています。

最後に、オルトモリブデン酸アンモニウムを試験管にゆっくりと加えます。ホスホモリブデン酸アンモニウムは黄色の沈殿物として形成され、溶液中のリン酸塩の存在を確認します。

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調製します。遠心分離機での使用に適した4つの試験管とキャップを入手します。亜鉛、ニッケル、銀、硝酸鉄の水性混合物を1つの試験管に入れます。分離を開始するには、まず希塩酸を混合物にゆっくりと加え、穏やかに渦を巻きます。形成される白い沈殿物は塩化銀です。沈殿物が形成されなくなるまで、塩化物溶液を追加し続けます。

液体または上清と固体の塩化銀を遠心分離により分離します。上清を2番目の試験管にデカントします。塩化銀を水で3回洗浄し、各洗浄を2番目の試験管にデカントします。.次に、水酸化ナトリウム溶液を2番目の試験管に滴下します。白色水酸化亜鉛、黄色の水酸化鉄、緑色の水酸化ニッケルの3つの沈殿物が形成されます。固体の白色亜鉛化合物が溶解し、可溶性ジンケートイオンが形成されるまで、水酸化ナトリウムを添加し続けます。亜鉛溶液と固体ニッケルおよび鉄化合物を遠心分離により分離し、溶液を3番目の試験管にデカントします。固形物を水で3回洗い、それぞれを亜鉛溶液にデカントします。

水酸化亜鉛が沈殿して溶解するまで、3番目の試験管の亜鉛溶液に塩酸をゆっくりと加えます。

次に、ヘキサシアノフェレートカリウムを亜鉛溶液に滴下して、白い沈殿物としてヘキサシアノフェレート亜鉛カリウムを形成します。次に、固体水酸化ニッケルと水酸化鉄を含む試験管に、アンモニアをゆっくりと加えて、可溶性青色ニッケルヘキサミンイオンを形成します。遠心分離により固体水酸化鉄からニッケル溶液を分離し、ニッケル溶液を4番目の試験管にデカントします。水酸化鉄を水で3回洗浄し、洗浄液をニッケル溶液にデカントします。次に、ジメチルグリオキシムをニッケル溶液にゆっくりと加えて、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します。固体の水酸化鉄に、濃塩酸を慎重に加えて塩化第二鉄の溶液を形成します。鉄の存在を確認するには、チオシアン酸塩を加えて深紅のチオシアナト鉄カチオンを形成します。

溶液中のイオンの定性分析を簡単かつ迅速に実行できるため、この手法は環境化学や産業界で広く使用されています。

水にカルシウムやマグネシウムなどの金属カチオンが高濃度に含まれている場合、それは硬水と呼ばれます。これらの金属陽イオンは、炭酸塩などの水中の陰イオンと反応して、パイプや温水器を詰まらせる白亜質の堆積物を形成する可能性があります。水の硬度は、水サンプルに炭酸塩溶液を添加することで評価できます。白い沈殿物はカルシウムのレベルが高いことを示します。

リン酸塩は多くの生物にとって重要な栄養素であるため、工業用肥料と庭用肥料の両方に使用されますが、過剰なリン酸塩は、特に淡水環境では有害になる可能性があります。住宅地や商業地域の廃水は、硝酸とオルトモリブデン酸アンモニウムを添加することでリン酸塩を検査できます。黄色の沈殿物は、高レベルのリン酸塩を示します。

JoVEのイオンの溶解度ルールの紹介をご覧になりました。これで、イオン反応の原理、溶液の定性分析のいくつかの手順、および溶解度を使用した定性分析のいくつかのアプリケーションについて理解しているはずです。

ご覧いただきありがとうございます!