Анионы - это составные части двойных, комбинированных, средних, кислых, основных солей. В качественном анализе каждый из них можно определить с помощью определенного реактива. Рассмотрим качественные реакции на анионы, используемые в неорганической химии.
Он является одним из важнейших вариантов идентификации веществ, распространенных в неорганической химии. Существует подразделение анализа на два компонента: качественный, количественный.
Все качественные реакции на анионы подразумевают идентификацию вещества, установление наличия в нем определенных примесей.
Количественный анализ устанавливает четкое содержание примесей и базового вещества.
Далеко не все взаимодействия можно использовать в качественном анализе. Характерной считается реакция, которая приводит к изменению окраски раствора, выпадению осадка, его растворению, выделению газообразного вещества.
Группы анионов определяют путем селективной реакции, благодаря которой можно обнаружить только определенные анионы в составе смеси.
Чувствительность - это наименьшая концентрация раствора, при которой определяемый анион можно обнаружить без его предварительной обработки.
Существуют такие химические вещества, которые способны при взаимодействии с разными анионами давать сходные результаты. Благодаря применению группового реактива можно выделять различные группы анионов, проводя их осаждение.
При проведении химического анализа неорганических веществ, в основном, проводят исследование водных растворов, в которых соли присутствуют в диссоциированном виде.
Именно поэтому анионы солей определяют путем их открытия в растворе вещества.
В кислотно-основном методе принято выделять три аналитические группы анионов.
Проанализируем, какие анионы можно определять, пользуясь определенными реактивами.
Для их выявления в смеси солей в качественном анализе применяют растворимые соли бария. Учитывая, что сульфат-анионы - это SO4, краткое ионное уравнение происходящей реакции имеет вид:
Ba 2 + + (SO 4) 2- = BaSO4
Полученный в результате взаимодействия сульфат бария имеет белый цвет, является нерастворимым веществом.
При определении анионов хлора в солях в качестве реактива используют растворимые соли серебра, так как именно катион этого благородного металла дает нерастворимый белый осадок, поэтому так определяют хлорид-анионы. Это далеко не полный перечень качественных взаимодействий, используемых в аналитической химии.
Помимо хлоридов, соли серебра используют также для выявления наличия в смеси йодидов, бромидов. Каждая из солей серебра, образующая соединение с галогенидом, имеет определенную окраску.
Например, AgI имеет желтый цвет.
Сначала рассмотрим, какие в нее входят анионы. Это карбонаты, сульфаты, фосфаты.
Самой распространенной в аналитической химии, считается реакция на определение сульфат-ионов.
Для ее проведения можно воспользоваться растворами сульфата калия, хлорида бария. При смешивании между собой этих соединений образуется белый осадок сульфата бария.
В аналитической химии обязательным условием является написание молекулярных и ионных уравнений тех процессов, которые были проведены для выявления анионов определенной группы.
Если записывать полное и сокращенное ионное уравнение для данного процесса, можно подтвердить образование нерастворимой соли BaSO4 (сульфата бария).
При выявлении карбонат-иона в смеси солей используют качественную реакцию с неорганическими кислотами, сопровождающуюся выделением газообразного соединения - углекислого газа. Кроме того, при выявлении карбоната в аналитической химии также используется реакция с хлоридом бария. В результате ионного обмена выпадает белый осадок карбоната бария.
Сокращенное ионное уравнение процесса описывается схемой.
Хлорид бария осаждает карбонат-ионы в виде белого осадка, что используется в качественном анализе анионов первой аналитической группы. Иные катионы не дают такого результата, поэтому не подходят для определения.
При взаимодействии карбоната с кислотами краткое ионное уравнении имеет следующий вид:
2H + +CO 3 - =CO 2 +H 2 O
При выявлении фосфат-ионов в смеси также применяется растворимая соль бария. Смешивание раствора фосфата натрия с хлоридом бария приводит к образованию нерастворимого фосфата бария.
Таким образом, можно сделать вывод об универсальности хлорида бария, возможности его применения для определения анионов первой аналитической группы.
Хлорид-анионы можно обнаружить при взаимодействии с раствором нитрата серебра. В результате ионного обмена образуется творожистый белый осадок хлорида серебра (1).
Бромид этого металла имеет желтоватый цвет, а йодид отличается насыщенной желтой окраской.
Молекулярное взаимодействие хлорида натрия с нитратом серебра имеет следующий вид:
NaCl + AgNO 3 =AgCl +NaNO 3
Среди специфических реактивов, которые можно использовать при определении в смеси иодид-ионов, выделим катионы меди.
KI + CuSO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + CuI
Данный окислительно-восстановительный процесс характеризуется образованием свободного йода, что и применяется в качественном анализе.
Для обнаружения этих ионов используют концентрированные минеральные кислоты. Например, при добавлении к силикату натрия концентрированной соляной кислоты образуется осадок кремниевой кислоты, имеющий гелеобразный вид.
В молекулярном виде данный процесс:
Na 2 SiO 3 + 2HCl = NaCl+ H 2 SiO 3
В аналитической химии гидролиз по аниону является одним из способов определения реакции среды в растворах солей. Для того чтобы правильно определить вариант протекающего гидролиза, необходимо выяснить, из какой кислоты и основания получена соль.
Например, сульфид алюминия образован нерастворимым гидроксидом алюминия и слабой сероводородной кислотой. В водном растворе этой соли происходит гидролиз по аниону и по катиону, поэтому среда нейтральна. Ни один из индикаторов не будет менять своей окраски, следовательно, путем гидролиза сложно будет провести определение состава данного соединения.
Качественные реакции, которые используют в аналитической химии для определения анионов, позволяют получать в виде осадков определенные соли. В зависимости от того, анионы какой аналитической группы необходимо выявить, для эксперимента подбирается определенный групповой реактив.
Именно по этой методике проводят определение качества питьевой воды, выявляя, не превышает ли количественное содержание анионов хлора, сульфата, карбоната тех предельных допустимых концентраций, которые установлены санитарно-гигиеническими требованиями.
В условиях школьной лаборатории эксперименты, касающиеся определения анионов, являются одним из вариантов заданий исследовательского характера на практической работе. В ходе эксперимента школьники не только анализируют цвета получаемых осадков, но и составляют уравнения реакций.
Кроме того, элементы качественного анализа предлагаются выпускникам в итоговых тестах по химии, позволяют определить уровень владения будущими химиками и инженерами молекулярными, полными и сокращенными ионными уравнениями.
Электроли́т - вещество , которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы , что происходит врастворах и расплавах , или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов . Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот , солей и оснований и некоторые кристаллы (например, иодид серебра , диоксид циркония ). Электролиты - проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью ионов.
Исходя из степени диссоциации все электролиты делятся на две группы
Сильные электролиты - электролиты, степень диссоциации которых в растворах равна единице (то есть диссоциируют полностью) и не зависит от концентрации раствора. Сюда относятся подавляющее большинство солей, щелочей, а также некоторые кислоты (сильные кислоты, такие как: HCl, HBr, HI, HNO 3, H 2 SO 4).
Слабые электролиты - степень диссоциации меньше единицы (то есть диссоциируют не полностью) и уменьшается с ростом концентрации. К ним относятводу, ряд кислот (слабые кислоты, такие как HF), основанияp-, d-, и f-элементов.
Между этими двумя группами чёткой границы нет, одно и то же вещество может в одном растворителе проявлять свойства сильного электролита, а в другом - слабого.
Изотонический коэффициент (также фактор Вант-Гоффа ; обозначается i ) - безразмерный параметр, характеризующий поведение вещества в растворе. Он численно равен отношению значения некоторого коллигативного свойства раствора данного вещества и значения того же коллигативного свойства неэлектролита той же концентрации при неизменных прочих параметрах системы.
Основные положения теории электролитической диссоциации
1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные и отрицательные.
2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные частицы движутся к катоду, отрицательно заряженные – к аноду. Поэтому положительно заряженные частицы называются катионами, а отрицательно заряженные – анионами.
3. Направленное движение происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами (катод заряжен отрицательно, а анод – положительно).
4. Ионизация – обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов в молекулы (ассоциация).
Основываясь на теории электролитической диссоциации, можно дать следующие определения для основных классов соединений:
Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только ионы водорода. Например,
HCl → H + + Cl - ; CH 3 COOH H + + CH 3 COO - .
Основность кислоты определяется числом катионов водорода, которые образуются при диссоциации. Так, HCl, HNO 3 – одноосновные кислоты, H 2 SO 4 , H 2 CO 3 – двухосновные, H 3 PO 4 , H 3 AsO 4 – трехосновные.
Основаниями называют электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы. Например,
KOH → K + + OH - , NH 4 OH NH 4 + + OH - .
Растворимые в воде основания называются щелочами.
Кислотность основания определяется числом его гидроксильных групп. Например, KOH, NaOH – однокислотные основания, Ca(OH) 2 – двухкислотное, Sn(OH) 4 – четырехкислотное и т.д.
Солями называют электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (а также ион NH 4 +) и анионы кислотных остатков. Например,
CaCl 2 → Ca 2+ + 2Cl - , NaF → Na + + F - .
Электролиты, при диссоциации которых одновременно, в зависимости от условий, могут образовываться и катионы водорода, и анионы – гидроксид-ионы называются амфотерными. Например,
H 2 O H + + OH - , Zn(OH) 2 Zn 2+ + 2OH - , Zn(OH) 2 2H + + ZnO 2 2- или Zn(OH) 2 + 2H 2 O 2- + 2H + .
Катио́н - положительно заряженный ион . Характеризуется величиной положительного электрического заряда: например, NH 4 + - однозарядный катион, Ca 2+
Двузарядный катион. В электрическом поле катионы перемещаются к отрицательному электроду - катод
Происходит от греческого καθιών «нисходящий, идущий вниз». Термин введен Майклом Фарадеем в 1834 году .
Анио́н - атом , или молекула , электрический заряд которой отрицателен, что обусловлено избытком электронов по сравнению с количеством положительныхэлементарных зарядов . Таким образом, анион - отрицательно заряженный ион . Заряд аниона дискретен и выражается в единицах элементарного отрицательного электрического заряда; например, Cl − - однозарядный анион, а остаток серной кислоты SO 4 2− - двузарядный анион. Анионы имеются в растворах большинствасолей , кислот и оснований , в газах , например, H − , а также в кристаллических решётках соединений с ионной связью , например, в кристаллах поваренной соли , вионных жидкостях и в расплавах многих неорганических веществ .
Химия - "волшебная" наука. А где вы еще получите безопасное вещество, соединив два опасных? Речь идет об обыкновенной поваренной соли - NaCl . Рассмотрим подробнее каждый элемент, опираясь на ранее полученные знания об устройстве атома.
Натрий - Na
, щелочной металл (группа IA).
Электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Как видим, натрий имеет один валентный электрон, который он "согласен" отдать, чтобы его энергетические уровни стали завершенными.
Хлор - Cl
, галоген (группа VIIA).
Электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
3p 5
Как видим, хлор имеет 7 валентных электронов и ему "не хватает" одного электрона, чтобы его энергетические уровни стали завершенными.
Теперь догадываетесь, почему так "дружны" атомы хлора и натрия?
Ранее говорилось, что полностью "укомплектованные" энергетические уровни имеют инертные газы (группа VIIIA) - у них полностью заполнены внешние s и p-орбитали. Отсюда они так плохо вступают в химические реакции с другими элементами (им просто не надо ни с кем "дружить", поскольку ни отдавать, ни принимать электроны они "не хотят").
Когда валентный энергетический уровень заполнен - элемент становится стабильным или насыщенным .
Инертным газам "повезло", а что же делать остальным элементам периодической таблицы? Конечно же, "искать" себе пару, подобно дверному замку и ключу - определенному замку соответствует свой ключ. Так и химические элементы, пытаясь заполнить свой внешний энергетический уровень, вступают с другими элементами в реакции, создавая устойчивые соединения. Т.к. заполняются внешние s (2 электрона) и р (6 электронов) орбитали, то данный процесс получил название "правило октета" (октет = 8)
На внешнем энергетическом уровне атома натрия находится один электрон. Для перехода в стабильное состояние, натрий должен: либо отдать этот электрон, либо принять семь новых. Исходя из вышесказанного, натрий будет отдавать электрон. При этом у него "исчезает" 3s-орбиталь, а количество протонов (11) будет на один превосходить количество электронов (10). Поэтому, нейтральный атом натрия превратится в положительно заряженный ион - катион .
Электронная конфигурация катиона натрия: Na + 1s 2 2s 2 2p 6
Особо внимательные читатели справедливо скажут, что такая же электронная конфигурация и у неона (Ne). Так что же, натрий превратился в неон? Вовсе нет - не забывайте о протонах! Их по-прежнему; у натрия - 11; у неона - 10. Говорят, что катион натрия является изоэлектронным неону (поскольку их электронные конфигурации одинаковы).
Подведем итог:
У хлора ситуация прямо противоположная - на внешнем энергетическом уровне у него находится семь валентных электронов и ему надо принять один электрон, чтобы стать стабильным. При этом произойдут следующие процессы:
Исходя из вышесказанного, видно, что электрон, который отдает натрий, становится электроном, который получает хлор.
В кристаллической решетке хлорида натрия каждый катион натрия окружен шестью анионами хлора. И наоборот, каждый анион хлора окружен шестью катионами натрия.
В результате перемещения электрона образуются ионы: катион натрия (Na +) и анион хлора (Cl -). Поскольку противоположные заряды притягиваются, то образуется устойчивое соединение NaCl (хлорид натрия) - поваренная соль .
В результате взаимного притяжения противоположно заряженных ионов, образуется ионная связь - устойчивое химическое соединение.
Соединения с ионными связями называют солями . В твердом состоянии все ионные соединения являются кристаллическими веществами.
Следует понимать, что понятие ионной связи довольно относительно, строго говоря к "чистым" ионным соединениям можно отнести только те вещества, у которых разность в электроотрицателности атомов, которые образуют ионную связь, равна или более 3. По этой причине в природе существует всего с десяток чисто ионных соединений - это фториды щелочных и щелочно-земельных металлов (например, LiF; относительная электроотрицательность Li=1; F=4).
Чтобы не "обижать" ионные соединения, химики договорились считать, что химическая связь является ионной, если разность электроотрицательностей атомов, образующих молекулу вещества равна или более 2. (см. понятие электроотрицательности).
Другие соли образуются по аналогичному принципу, что и хлорид натрия. Металл отдает электроны, а неметалл их получает. Из периодической таблицы видно, что:
Распространенные одноатомные катионы
Распространенные одноатомные анионы
Не все так просто с переходными металлами (группа В), которые могут отдавать разное количество электронов, образуя при этом по два (и более) катиона, имеющих разные заряды. Например:
Многие ионы переходных металлов могут иметь разную степень окисления.
Ионы не всегда бывают одноатомными, они могут состоять из группы атомов - многоатомные ионы . Например, ион двухатомной двухвалентной ртути Hg 2 2+ : два атома ртути связаны в один ион и имеют общий заряд 2 + (каждый катион имеет заряд 1 +).
Примеры многоатомных ионов:
АНИОНЫ (отрицательные ионы) Что такое анионы? Как анионы влияют на организм человека?
Что такое анионы?
Молекулы и атомы воздуха, в обычных условиях, нейтральны. Но при ионизации воздуха, которая может произойти посредством обычного излучения, микроволновой радиации, ультрафиолетовой радиации иногда просто посредством простого удара молнии. Воздух разряжается - молекулы кислорода теряют часть отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, которые в дальнейшем находят и присоединяются к любым нейтральным молекулам, придавая им отрицательный заряд. Такие отрицательно заряженные молекулы называют анионами. Человек не может существовать без анионов как и любое другое живое существо.
Аромат свежего воздуха - наличие анионов мы чувствуем в воздухе живой природы: высоко в горах, у моря, сразу после дождя - в это время хочется дышать полной грудью, вдыхать эту чистоту и свежесть воздуха. Анионы (отрицательно заряженные ионы) воздуха называют воздушными витаминами. Анионы лечат заболевания бронхов, легочной системы человека, являются мощным средством профилактики любых заболеваний, повышают иммунитет человеческого организма. Отрицательные ионы (Анионы) способствуют очищению воздуха от бактерий, микробов, болезнетворной микрофлоры и пыли, доводя число бактерий и пылинок до минимума, а иногда и до нуля. Анионы хорошо оказывают длительное очищающее обеззараживающее действие на микрофлору окружающего воздуха
Здоровье человека напрямую зависит от количественного содержания анионов в окружающем воздухе. Если в окружающем пространстве в воздухе, попадающем в человеческий организм, анионов содержится слишком мало, то человек начинает дышать судорожно, может почувствовать усталость, начинающиеся головокружение и головную боль или даже впасть в депрессию. Все эти состояния поддаются лечению, если содержание анионов в поступающем в легкие воздухе составляет минимум 1200 анионов на 1 кубический сантиметр. Если увеличить содержание анионов внутри жилых помещений до 1500-1600 анионов на 1 кубический сантиметр, то самочувствие живущих или работающих там людей резко улучшится; Вы начнете чувствовать себя очень хорошо, работать с удвоенной энергией, повышая тем самым свою производительность и качество труда.
При непосредственном контакте анионов с кожей, благодаря высокой проникающей способности отрицательных ионов, у человека в организме происходят сложные биохимические реакции и процессы, которые способствуют:
общему укреплению человеческого организма, иммунитета и поддержанию энергетического статуса организма в целом
улучшению кровоснабжения всех органов, улучшение мозговой деятельности, профилактике кислородной недостаточности головного мозга,
Анионы улучшают работу сердечной мышцы, тканей почек и печени
анионы способствуют усилению микроциркуляции крови в сосудах, повышению эластичности тканей
отрицательно заряженные частицы (Анионы) предотвращают старения организма
анионы способствуют активизации противоотечного и иммуномодулирующего действия
анионы помогают против РАКа, опухолей, повышают собственную противоопухолевую защиту организма
при увеличении анионов в воздухе улучшается проводимости нервных импульсов
Таким образом следует:
Анионы (отрицательные ионы) - это незаменимый помощник в укреплении человеческого здоровья и продления его жизни
Методы анализа.
Аналитическая химия – наука об определении химического состава вещества.
Аналитическая химия и ее методы широко применяются на предприятиях общественного питания и пищевой промышленности для осуществления контроля качества сырья, полуфабрикатов, готовой продукции; определения сроков реализации и условий хранения продукции.
В аналитической химии различают количественный и качественный анализ. Задача количественного анализа - определение относительного количества элементов в соединениях или химических соединений в смесях; задача качественного анализа - обнаружить присутствие элементов в соединениях или химических соединений в смесях.
История развития аналитической химии.
Изначально с помощью качественного анализа определяли свойства некоторых минералов. Количественный анализ применялся в пробирном деле (определение благородных металлов) - Древняя Греция, Египет. В 9-10веке методы пробирного дела применялись для определения благородных металлов в Киевской Руси.
Аналитическая химия как наука начинает развиваться с середины 17 века.
Впервые основы качественного анализа изложил английский ученый Р.Бойль, он же ввел термин «химический анализ». Р.Бойль считается родоначальником научной аналитической химии.
Законы количественного анализа изложил Ломоносов в середине 17 века. Ломоносов впервые начал применять взвешивание исходных веществ и продуктов реакции.
К середине ХIХ века оформились титриметрические и гравиметрические методы анализа, методы газового анализа.
Первый учебник по аналитической химии появился в России в 1871 г. Автор этого учебника – русский химик Н.А. Меншуткин.
Во второй половине ХХ века появилось много новых методов анализа: рентгеновские, масс-спектральные и т.д.
Классификация методов анализа, применяемых в аналитической химии.
Аналитическая химия включает два основных раздела: количественный анализ и качественный анализ.
Методы качественного анализа:
Ø Химические
Ø Физико-химические
Ø Физические
Химический анализ:
Ø «сухим» путем
Ø «мокрым» путем
«Сухой» путь – химические реакции, которые идут при накаливании, сплавлении, окрашивании пламени.
Пример : окрашивание пламени катионами металлов (натрий – желтый, калий – розово-фиолетовый, кальций – оранжево-красный, медь – зеленый и т.д.), которые образуются при электролитической диссоциации солей:
NaCl → Na + + Cl -
K 2 CO 3 → 2K + + CO 3 2-
«Мокрый» путь – химические реакции в растворах электролитов.
Также в качественном анализе в зависимости от количества исследуемого вещества, объема раствора, техники выполнения различают:
1) макрометод: сравнительно большие навески (0,1 г и более) или большие объемы растворов (10 мл и более) исследуемого вещества. Этот метод наиболее удобен в определении.
2) микрометод: навески от 10 до 50 мг и объемы раствора до нескольких мл.
3) полумикрометод: навески 1-10 мг и объемы раствора около 0,1 – 1 мл.
Микрометод и полумикрометод обладают двумя несомненными достоинствами:
1. Большая скорость выполнения анализа
2. Небольшое требуемое количество анализируемого вещества.
Физико-химические методы анализа:
Ø колориметрические (сравнение окраски двух растворов)
Ø нефелометрические (помутнение исследуемого раствора от действия каких-то реагентов)
Ø электрохимические (момент окончания реакции определяют по изменению электропроводности раствора, потенциала электродов в исследуемом растворе)
Ø рефрактометрические (определяют показатель преломления)
Физические методы анализа:
Ø спектральный анализ (изучение спектров излучения или поглощения)
Ø люминесцентный (изучение характера свечения вещества под действием УФ)
Ø масс-спектрометрический
Ø рефрактометрический
Для обнаружения ионов в растворах в аналитической химии используют аналитические реакции.
Аналитическая реакция – химическое превращение, при котором исследуемое вещество переводят в новое соединение с характерным признаком.
Признаки аналитической реакции:
Ø Выпадение осадка
Ø Растворение осадка
Ø Изменение цвета
Ø Выделение газообразного вещества
Условия аналитической реакции:
Ø Быстрое протекание
Ø Специфичность
Ø Чувствительность
Чувствительная реакция – реакция, при помощи которой можно обнаружить наименьшее количество вещества из наименьшего количества раствора.
Чувствительная реакция характеризуется:
1. Открываемым минимумом (наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено данной реакцией)
2. Минимальной концентрацией (отношение массы определяемого вещества к массе или объему растворителя).
Специфичной называется реакция, при помощи которой можно открыть ион в присутствии других ионов по специфичному изменению цвета, образованию характерного осадка, выделению газа и т.д.
Пример: ион бария обнаруживают хроматом калия К 2 СгО 4 (выпадает ярко-желтый осадок).
На специфичных реакциях основан анализ, называемый дробным . С помощью дробного анализа можно открывать ионы в любой последовательности, используя специфичные реакции.
Однако специфичных реакций известно мало, чаще реактивы взаимодействуют с несколькими ионами. Такие реакции и реактивы называются общими . В этом случае применяют систематический анализ. Систематический анализ - определенная последовательность обнаружения ионов, находящихся в смеси. Ионы, составляющие смесь, разделяют на отдельные группы, из этих групп каждый ион выделяют в строго определенной последовательности, а затем открывают этот ион наиболее характерной реакцией. Реакции, характерные для одного иона, называются частными .
Классификация катионов и анионов.
В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в растворимости образуемых ими солей и гидроксидов.
Аналитическая группа – группа катионов или анионов, которая с каким-то одним реактивом дает сходные аналитические реакции.
Классификации катионов:
Ø сульфидная, или сероводородная,– является классической, разработал Меншуткин Н.А.;
Ø кислотно-основная и т.д.
Сульфидная классификации катионов основана на отношении катионов к сульфид-иону:
1) Катионы, осаждаемые сульфид-ионом
2) Катионы, не осаждаемые сульфид-ионом.
Каждая группа имеет свойгрупповой реактив – реактив, используемый для открытия одной группы ионов и образующий осадок с ионами данной группы (Ва 2+ + SО 4 2- → ВаSО 4 ↓)
Определение катионов проводят систематическим анализом .
