Що належить до катіонів?

Усі йони можна поділити на прості і складні:

• прості катіони: K + , Ba 2 + , Cr 3 + , Ni 2 + , тощо;
• складні катіони: N H 4 + ;
• прості аніони: Cl − , Br − , S 2 − , тощо;
• складні аніони: OH − , S O 3 2 − , C O 3 2 − , N O 3 − , P O 4 3 − , тощо.

Скільки є груп аніонів?

Аніони, як це видно з наступної таблиці, розбиваються на три аналітичні групи. До першої відносяться ті аніони, барієві солі яких погано розчинні. До другої групи аніонів належать ті, які з катіоном Аg утворюють осади, до третьої - решта аніонів.

Що таке катіони хімія?

Катіо́н (від грецької kata — вниз і iōn — той, що йде) — позитивно заряджений іон. Під час електролізу рухаються до катоду. Термін був запропонований англійським фізиком Майклом Фарадеєм.

Катіон

Катіо́н (від грецької kata — вниз і iōn — той, що йде) — позитивно заряджений іон. Під час електролізу рухаються до катоду. Термін був запропонований англійським фізиком Майклом Фарадеєм.

Різновиди [ ред. | ред. код ]

• Арил-катіон — карбокатіон, формально утворений відніманням гідрид йона від кільцевого атома C арену. Пр., фенільний катіон або фенілій. Є інтермедіатами в реакціях нуклеофільного заміщення (SN1). Ar–N₂ + → Ar + + N₂
• Ацил-катіони — катіони, що мають загальну формулу R-C + =O, плоскі, позитивний заряд зосереджений на атомі C. Особливо стійкими є ті, в яких карбоновий атом має просторову заслінку, пр., 2,4,6-триметилбензоїл.
• Карбокатіон — катіон, який містить парне число електронів, а позитивний заряд формально локалізований на одному чи більше вуглецевих атомів. У його структурі можна виділити три координований атом C, що має незаповнену орбіталь і несе позитивний заряд, отже, є сильною кислотою Льюїса. Геометрія — плоска, тригональна. Це загальний термін, що охоплює як класичні карбонові йони, так і некласичні карбокатіони (карбонові йони, вінілкатіони, тропілові та ін.). Назви карбокатіонів утворюються додаванням слова катіон до назви відповідного радикалу.
• Метиловий катіон — нова сполука вуглецю в космічному просторі, яка є основою для життя, форма якого відома людству [1][2] .

Див. також [ ред. | ред. код ]

Джерела [ ред. | ред. код ]

1. ↑Webb Makes First Detection of Crucial Carbon Molecule. Jun 26, 2023
2. ↑Телескоп Джеймс Вебб виявив у Всесвіті "джерело життя". // Автор: Ігор Романько. 02.07.2023

РОЗДІЛ 2. КАТІОНИ ДРУГОЇ АНАЛІТИЧНОЇ ГРУПИ

До другої аналітичної групи належать катіони лужноземельних металів – Ba 2+ , Sr 2+ та Ca 2+ . Груповий реагент цієї групи – карбонат амонію в нейтральному або слабколужному середовищі.

На відміну від катіонів першої групи, катіони другої групи утворюють важкорозчинні у воді карбонати.

Сульфіди катіонів другої групи добре розчинні у воді. Цим друга група відрізняється від катіонів третьої – п’ятої аналітичних груп, які утворюють малорозчинні у воді сульфіди.

Добре розчиняються у воді також нітрати, хлориди та ацетати катіонів другої групи.

Малорозчинними є сполуки з сульфатом, фосфатом, хроматом, оксалатом, фторидом та силікатом.

2.1. Дія групового реагенту ((NH4)2CO3) .

Катіони Ba 2+ , Sr 2+ та Ca 2+ утворюють з карбонатом амонію білі аморфні осади, які при нагріванні перетворюються на кристалічні, наприклад:

Осади карбонатів легко розчиняються в соляній, азотній та оцтовій кислотах, наприклад:

Варто мати на увазі, що карбонат амонію у воді розкладається з утворенням гідрокарбонату NH₄HCO₃ та карбамінату амонію NH₂COОNH₄ (амонійна сіль карбамінової кислоти NH₂COOH). Оскільки для осадження катіонів другої групи потрібен саме іон CO ₃ 2− , процес осадження потрібно проводити в таких умовах, коли вказані домішки перетворюються на ( NH ₄ )₂ CO ₃ . Такі умови створюються, якщо реакцію проводити при нагріванні до 60 о С. Тоді карбаміновокислий амоній перетворюється в карбонат за реакцією:

Крім того нагрівання сприяє перетворенню осаду карбонатів з аморфного на кристалічний. Для повноти осадження карбонатів катіонів другої групи та відокремлення їх від магнію необхідна також наявність в розчині NH₄OH та NH₄Cl. Розчин аміаку потрібен для перетворення гідрокарбонату в карбонат:

Хлорид амонію додають для збільшення концентрації іонів амонію, що перешкоджає осадженню іонів Mg 2+ . Крім того, завдяки буферній суміші NH₄OH + NH₄Cl, в розчині підтримується рН 8-9, а це оптимальні умови для повного осадження катіонів другої групи.

Катіони другої групи утворюють з сульфат-іонами білі дрібнокристалічні осади BaSO₄, SrSO₄ та CaSO₄. З них найменш розчинним є BaSO₄. Він лише частково розчиняється в концентрованій сірчаній кислоті, утворюючи гідросульфат. Сульфати стронцію та кальцію помітно розчинні (особливо CaSO₄) не тільки в концентрованій сірчаній кислоті, а в концентрованих HCl та HNO₃ з утворенням гідросульфатів металів.

Сульфати барію, стронцію та кальцію можна перевести в розчин, нагріваючи їх з насиченим розчином карбонату амонію та розчиняючи утворені при цьому карбонати металів в оцтовій кислоті або сплавляючи сульфати з сумішшю карбонатів калію та натрію.

На відміну від сульфатів барію та стронцію, сульфат кальцію розчиняється в надлишку сульфату амонію з утворенням розчинної комплексної сполуки:

Цю реакцію використовують в аналізі для відділення Ca 2+ від Ba 2+ та Sr 2+ .

Розчини лугу та аміаку не осаджують катіони другої групи, тому що їх гідроксиди є досить сильними основами, причому основні властивості зростають від кальцію до барію.

При взаємодії солей барію з гіпсовою водою осад BaSO₄ утворюється вже при кімнатній температурі; SrSO₄ осаджується лише при нагріванні та (або) з часом. Таку відмінність можна пояснити тим, що через обмежену розчинність сульфату кальцію концентрація сульфат-іонів в розчині незначна, проте достатня для осадження BaSO₄ (ДР = 9∙10 -11 ), і тому цей осад випадає одразу.

Осад SrSO₄ більш розчинний (ДР = 2,8∙10 -7 ), і тому він утворюється не одразу, а при нагріванні та з часом. Реакція з гіпсовою водою рекомендується для виявлення Sr 2+ після відділення Ba 2+ у вигляді хромату.

Іони Ba 2+ та Sr 2+ утворюють з хромат-іонами осади жовтого кольору (ДР = 1,6∙10 -10 та ДР = 3,6∙10 -5 відповідно). Обидва осади добре розчинні в HCl та HNO₃. Проте BaCrO₄ не розчиняється в оцтовій кислоті, а SrCrO₄ – розчиняється.

Сполука Ca 2+ з CrO₄ 2− досить добре розчинна у воді (ДР = 7,1∙10 -4 ), тому осад може утворитися лише в розчинах з високою концентрацією Ca 2+ .

Іони Mg 2+ з CrO₄ 2− осаду не утворюють.

Виявленню Ba 2+ та Sr 2+ заважають катіони, які утворюють забарвлені осади з CrO₄ 2− - Fe 2+ , Ag + , Hg₂ 2+ , Pb 2+ , Bi 3+ та ін.

У розчині K₂Cr₂O₇, крім іонів Cr₂O₇ 2− , містяться також іони CrO₄ 2− , які утворюються внаслідок гідролізу:

Хромат барію менш розчинний, ніж дихромат, тому додавання розчину K₂Cr₂O₇ до розчину солі барію призводить до утворення осаду BaCrO₄, а не дихромату барію:

Осад BaCrO₄ добре розчиняється в сильних кислотах (HCl, HNO₃), тому в цій реакції барій переходить в осад не повністю. Для повного осадження барію до суміші слід додати розчин NaAc, який буде взаємодіяти з кислотою, що утворюється в процесі реакції, і тим самим сприяти повному осадженню барію:

CH₃COONa + HCl = NaCl + CH₃COOH.

В оцтовій кислоті осад BaCrO₄ не розчиняється. Сумарне рівняння реакції можна записати так:

Хромати стронцію та кальцію розчинні в НАс, тому в таких умовах осадів не утворюють. Отже дихромат калію є характерним реагентом для барію, і його можна використати для виявлення барію за наявності в розчині Sr 2+ та Ca 2+ . Цей реагент застосовується також для відділення Ba 2+ від катіонів першої та другої груп.

Всі катіони другої аналітичної групи взаємодіють з гідрофосфатом натрію з утворенням білих аморфних осадів кислих солей, наприклад:

Осади гідрофосфатів добре розчинні в HCl, HNO₃ та HAc.

У лужному або аміачному середовищі, де концентрація PO₄ 3− в результаті реакції

зростає, в осад випадають середні солі, наприклад, Ba₃(PO₄)₂. Такого ж складу осади утворюють Sr 2+ та Ca 2+ . Всі осади білі, аморфні. Середні фосфати катіонів другої групи добре розчинні в сильних кислотах та оцтовій кислоті.

Всі катіони другої аналітичної групи утворюють з оксалат–іонами білі дрібнокристалічні осади, наприклад:

Частково розчиняються в оцтовій кислоті при кип’ятінні оксалати барію та стронцію, проте CaC₂O₄ не розчиняється. Це одна з важливих реакцій для кальцію, але виявленню його заважають Ba 2+ та Sr 2+ . Ці іони перед виявленням кальцію треба відділити.

Mg 2+ з оксалат-іоном утворює осад лише в дуже концентрованих розчинах. Осад MgC₂O₄ розчиняється в солях амонію.

Іони Ca 2+ утворюють з гексаціанофератом (ІІ) калію білий осад:

За наявності в розчині амонійних солей утворюється менш розчинний осад змінного складу, що містить іони K + , NH₄ + , Ca 2+ та [Fe(CN)₆] 4− . Це одна з найхарактерніших реакцій для Ca 2+ .

Виявленню кальцію заважає Ba 2+ , який утворює аналогічний осад. Тому перш ніж виявляти кальцій, необхідно відділити барій, застосовуючи дихромат калію, як наведено вище. Стронцій не заважає виявленню кальцію з застосуванням гексаціаноферату (ІІ) калію.

Іони Ba 2+ та Sr 2+ утворюють з родизонатом натрію осади бурувато-червоного та світло-буруватого кольору відповідно, наприклад:

Відміна між ними полягає в тому, що родизонат барію в розчині HCl (2 моль/л) переходить в гідрородизонат яскраво-червоного кольору, в той час, як родизонат стронцію – розчиняється. Цю реакцію використовують для виявлення іонів барію (або стронцію за відсутності барію) в присутності кальцію та катіонів першої групи.

Леткі солі барію, стронцію та кальцію (хлориди, нітрати) забарвлюють безбарвне полум’я пальника в різні кольори: Ba 2+ – в жовто-зелений, Sr 2+ – в карміново-червоний, Ca 2+ – в цегляно-червоний. Відповідні досліди проводять, використовуючи платинову дротинку, як це описано в дослідах по виявленню калію та натрію (1.8.).