Determinación de las reglas de solubilidad de compuestos iónicos

Identificación de cationes y aniones se basa en reacciones químicas conocidas entre el ion desconocido y reactivo. A veces, puede ser la falta de una reacción que identifica positivamente los iones así. Todos los compuestos iónicos se componen de un catión y un anión, y cuando se produce una reacción entre dos compuestos iónicos diferentes, el catión de un compuesto es atraído electrostáticamente para el anión del otro, formando un nuevo compuesto iónico. (Nota: algunos compuestos iónicos únicos tienen uno o más cationes o iones. Un ejemplo sería KNaC₄H₄O₆ o (NH₄)₂Fe (SO₄)₂. La carga total del compuesto iónico debe todavía la suma a cero.) Este tipo de reacción se conoce como una reacción de metátesis o de doble desplazamiento y se muestra a continuación:

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

reacción molecular

donde A y C son reactantes de catión, B y D son reactantes de aniones, y los compuestos en proporciones molares w y x, respectivamente. El mismo sigue para productos anuncio(s) y CB(aq) con relaciones molares de y y z. Cuando una reacción ocurre en solución acuosa, la reacción molecular puede escribirse como una combinación de los iones libres y productos insolubles conocidos como una reacción iónica:

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

reacción iónica

Una reacción iónica muestra tanto los iones implicados en la reacción como los que no participan, conocido como iones espectadores. La formación del producto insoluble de anuncio(s) identifique los iones reaccionan o podría utilizarse para determinar una regla de solubilidad de los iones. En todos los casos, una reacción iónica neta es la base de todas las observaciones, que es una forma simplificada de la reacción iónica y muestra sólo los iones implicados en la reacción.

⁺(Aq) + D^–(aq)→ anuncio(s)

reacción iónica neta

Observar una reacción química produciendo un producto insoluble o precipitado, es un marcador para los participantes de una reacción iónica neta.

Las reacciones pueden ser exclusivo de un determinado catión o anión, o común a todos los iones dentro de un grupo o clase de reactivos. Por ejemplo, todos los iones del metal de la transición reaccionan con el ion sulfuro, S^{2 -}, a la forma insoluble se precipita. Muchos metales de tierra alcalina forman precipitados blancos en presencia de iones carbonato o fosfato. Análisis de identificación más selectivos se pueden realizar con soluciones mixtas a través de una combinación de reglas de solubilidad y reactividad química. Por ejemplo, una solución que contiene cinc, plata, níquel y hierro podría ser separada según el diagrama de flujo en la figura 1. Cloruro de primero se agrega a la solución, precipitando hacia fuera cloruro de plata, AgCl. Los metales restantes son hidróxido precipitado en todos, con exceso hidróxido de re-disolver el zinc. El zinc se confirma presencia de hexacianoferrato de potasio, formando un precipitado verde. Los precipitados de hierro y níquel restantes se recogen y se agrega amoníaco sobrante disolver el níquel y el hierro sólido complejo se recoge. El hierro volver a disolución en presencia del ácido y confirmó con el ion tiocianato. Níquel es identificado positivamente añadiendo dimetilglioxima, formando un precipitado rojizo sólido.

Figura 1. Diagrama de flujo de ejemplo de la separación de la solución.

1. general métodos

1. Preparación para análisis cualitativo
   1. Las reacciones se realizan generalmente en pequeños tubos de ensayo con volumen de 5 mL o menos.
   2. Las soluciones deben ser completamente solubles y deben ser relativamente diluido, típicamente ~0.1 M.
   3. Reactivos deben añadió mediante goteo lentamente y observa cuidadosamente.
   4. Varios comunes "para probar soluciones" está obligados a establecer las reglas de solubilidad o identificar un ion desconocido. Estos contienen iones que reaccionan específicamente con determinadas especies químicas (cationes o aniones).
      1. Las soluciones comunes incluyen CaNO₃, volver₂(NH₄)₂MoO₄, ácido clorhídrico, AgNO₃y NaOH y otras soluciones como sea necesario.
2. Mezcla
   1. Mezclar soluciones tapping o el tubo de ensayo se arremolinan en una dirección vertical. Utilice un corcho o tapón para evitar salpicaduras de la solución.
   2. Quitar el corcho o el tapón, luego suavemente las soluciones con un baño de agua o fresco fuego para inducir una reacción de calor. Punto el tubo de ensayo de cualquier persona en el laboratorio.
3. Observación y recuperación
   1. Separar el sobrenadante (solución no reacciona) y precipitar utilizando centrifugación. Si más precipitan las formas cuando se agregan iones de prueba adicional, la reacción es incompleta. Seguir añadiendo iones de prueba hasta que no precipite formas.
   2. Lavar el precipitado usando centrifugación y verter o decantación de sobrenadante. Agregar más agua y repita el proceso para un total de tres lavados.
   3. Lavar grandes cantidades de precipitado por filtración de vacío y recuperarse el papel de filtro con el precipitado seco.
   4. Tenga en cuenta la formación de un precipitado, así como las propiedades del precipitado como color, grosor (gelatinoso, nublado, fino) y formación de cristales.
4. Seguridad y residuos
   1. Lleve siempre gafas de seguridad al realizar experimentos de análisis cualitativo. Guantes también pueden ser necesarios basado en los reactivos y los productos formados.
   2. Métodos de eliminación de residuos adecuado deben ser seguidos de cerca. Productos dañinos se pueden formar cuando reactivos múltiples se combinan en un envase.

2. aniones análisis

1. Identificación de fosfato, carbonato, cloruro y los iones sulfuro; PO₄^{3 -}, CO₃^{2 -}, Cl^-, S^2-
   1. Fosfato de
      1. Agregar una solución que contiene fosfato, PO₄^{3 -}, a otra solución que contiene iones de calcio, Ca^{2 +}. La formación de un precipitado blanco indica la formación de fosfato de calcio, Ca₃(PO₄)₂.
      2. Puesto que muchos cationes forman productos insolubles con calcio, una reacción más específica es posible. Añadir H⁺ (ácido) a Ca₃(PO₄)₂ para disolver el sólido para formar HPO₄^{2 -}. Entonces se combinan el HPO₄^{2 -} con molibdato de amonio, (NH₄)₂MoO₄. Una prueba positiva produce el fosfomolibdato de amonio precipitado amarillo, NH₄)₃PO₄(MoO₃)₁₂(s). Las reacciones iónicas netas son las siguientes:
         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) + H 23⁺(aq) → (NH₄)₃PO₄ (MoO₃)₁₂(s) + 21 NH₄⁺(aq) + 12 H₂O(l)
   2. Carbonato de
      1. Sales de carbonato son generalmente insolubles excepto en presencia de cationes Grupo 1 y amonio. Añadir unas gotas de cloruro de calcio, CaCl₂, a la solución que contiene el carbonato. En soluciones con concentraciones altas de carbonato, un blanco precipitar formas e indica la posible formación de fosfato de calcio, CaCO₃. La reacción tiene muchas interferencias, incluyendo otros aniones como el fosfato.
         CA^{2 +}(aq) + CO₃^{2 -}(aq) → CaCO₃(s)
      2. Añadir H⁺ (ácido) a una solución que contiene carbonato CO₃^{2 -}. La formación de burbujas indica la presencia de CO₂, lo que significa CO₃^{2 -} como un reactivo. Iones de carbonato se comporta como una base en presencia de ácido fuerte a la forma bióxido de carbono gas y agua.
         CO₃^2-(aq) + H⁺(aq) → CO₂(g) + H₂O(l)
   3. Cloruro de
      1. Agregar nitrato de plata a una solución que contiene cloruro. La formación de un precipitado blanco indica la formación de AgCl(s):
         AG⁺(aq) + Cl^–(aq) → AgCl(s)
   4. Sulfuro de
      1. Añadir una solución de cloruro de cobre a una solución que contiene sulfuro. La formación de un precipitado negro indica la formación de sulfuro de cobre, CuS. En general, las soluciones que contienen iones de sulfuro, S^{2 -}, reaccionan con los iones del metal para producir un sulfuro metálico insoluble.
         S^{2 -} + Cu^{2 +} → CuS(s).  
         El valor del producto de solubilidad, K_sp = 6.3 x 10^-36, indica el alto grado de insolubilidad del producto.

3. catión análisis

1. Metales del álcali todos (Grupo 1) y algunos metales alcalinotérreos (Grupo 2) son solubles excepto bajo condiciones específicas.
2. Casi todo grupo 3 – 13 metales se consideran insolubles en presencia de sulfuro, carbonato, fosfato y el hidróxido. Varían el color y el tipo de precipitado.
   1. Lugar una solución en una solución de hidróxido de cromo. Se observará un precipitado verde. A continuación se muestra la reacción general de un metal + 2 con un hidróxido:
      M^{2 +} + OH^– → M(OH)₂(s)
   2. No es posible diferenciar los iones del metal más basados en la solubilidad solo con algunas excepciones notables:
      1. La adición de plata, Ag⁺, mercurio, Hg₂^{2 +}o de plomo, Pb^{2 +} cloruro, bromuro o yoduro resulta en la formación de precipitado.
      2. La adición de estroncio, Sr^{2 +}, bario Ba^{2 +}, mercurio, Hg₂^{2 +}y plomo, Pb^{2 +} resultados en un precipitado en presencia de sulfato.
      3. BA^{2 +} forma un sólido amarillo en presencia de CrO₄^{2 -}, BaCrO₄(s). Este es el pigmento usado en pintura a base de aceite conocida comúnmente como "bario amarillo".
3. Limitada de insolubilidad de los iones del metal permite otras pruebas cualitativas para identificar positivamente a cada metal. Mientras que los precipitados de alguna forma, otras experimentan cambios de color único en la presencia de quelantes de iones o moléculas. Identificaciones de cación incluyen el níquel, hierro, aluminio y zinc; Ni^{2 +}, Fe^{3 +}, Al^{3 +}, Zn^{2 +}.
   1. Agregar níquel (II) en presencia de dimetilglioxima (dmg de₂H) para formar el Ni precipitado rojo de la rosa (H₂dmg):
      Ni^{2 +}(aq) + 2 H₂dmg(aq) → Ni(Hdmg)₂(s) + H 2⁺(aq)
   2. Añadir hierro (III) a ion tiocianato, SCN^– para formar el rojo de la sangre [FeNCS]^{2 +}] complejo:
      Fe^{3 +}(aq) + SCN^–(aq) → [FeNCS]^{2 +}(aq)
   3. Iones de aluminio
      1. Aluminio (III) se combinan con pyrocatechol violeta en solución amortiguadora pH 6 amonio acetato para formar una solución azul.
      2. Aluminio (III) también se precipita en presencia de una base débil para formar el gelatinoso blanco escapar₃(s) compuesto. Adición de más base hace que el compuesto de forma transparente e incoloro [escapar₄] complejo soluble de^–(aq) .
   4. Iones de zinc
      1. Añadir zinc (II) a una pequeña cantidad de base para formar un precipitado blanco. Luego agregar más base para volver a disolver el precipitado y forman el soluble [Zn(OH)₄]^{2 -} complejo.
      2. Añadir zinc (II) a hexacianoferrato de potasio, K₄[Fe(CN)₆] para formar la luz verde precipitado 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)

Las reacciones que se muestra a continuación pueden utilizarse para identificar la presencia de una clase de cationes o aniones o ser utilizado específicamente para un determinado ion. Porque dos reactivos se utilizan en los análisis, ya sea reactivo puede ser detectado típicamente usando la otra. Por ejemplo, en lugar de analizar la presencia de cloruro con ion plata, iones de plata pueden identificarse utilizando cloruro. Una combinación de normas comunes de precipitación seguida de pruebas colorimétricas o precipitación específicas puede utilizarse para identificar positivamente a casi cada ion, atómica o poliatómico, disponible. Al mismo tiempo, la mayoría de esas mismas normas puede establecerse por reacción de aniones y cationes juntos sistemáticamente para generar un conjunto de reglas de solubilidad del catión y del anión.

Análisis cualitativo y las reglas de solubilidad son experimentos comunes en el laboratorio de química general. Esto es debido, en parte, a la facilidad, velocidad y naturaleza económica de las pruebas. Es por estas razones que las pruebas cualitativas son también utilizan en análisis basados en campo y laboratorio confirmatoria pruebas. Por ejemplo, una empresa de Geología deseen saber si existen cantidades significativas de níquel en el escurrimiento de la corriente de una mina. Una simple prueba añadiendo el agua a dimethylgloxime es selectiva para iones de níquel. Asimismo, las autoridades de la calidad del agua pueden utilizar bario (o algunos otros metales del grupo 2) para la detección de carbonato en el agua, por lo tanto, detectar el nivel de dureza del agua. Sin embargo, se utiliza instrumentación avanzada donde cuantitativa de resultados son necesarios o iones múltiples necesitan ser identificadas en niveles muy bajos. Esto incluye varias formas de espectroscopia de masas, así como cromatografía de iónes y espectroscopia de la luz.