1. Identyfikacja jonów to niestety ważna maturalna sprawa
Ja wiem, że nie chcesz tego słyszeć i będziesz się przed tym postem bronić. Ale identyfikacja jonów to ważny temat z maturalnej perspektywy, bo sam wiesz jak często pojawiaja się zadania z doświadczeniem, gdzie trzeba podać jakieś obserwacje.
Czemu to takie straszne, pytasz ? Bo wiąże się to z zapamiętaniem dwóch tabelek. Serio, to trzeba znać na blachę. Jedyne co jest tutaj logiczne, to reakcje chemiczne, które już znamy i potrafimy.
I właśnie co do tych reakcji. Są one tutaj podane w postaci jonowej skróconej, a więc tak jak już sobie wspominaliśmy, jest to forma zapisu, która pokazuje nam esencję całej reakcji. Bo kiedy np. identyfikujemy jon glinu, to interesuje nas to, ze po dodaniu zasady strąci się osad wodorotlenku glinu. Nie ma to znaczenia czy użyliśmy NaOH czy KOH, ani czy pierwotnie w roztworze znajdował się AlCl3 czy Al(NO3)3 . W kontekście obserwacji obie reakcje są dla nas identyczne :
AlCl3 + 3NaOH ⟶ Al(OH)3↓ + 3NaCl
Al3+ + 3OHー ⟶ Al(OH)3↓
Al(NO3)3 + 3KOH ⟶ Al(OH)3↓ + 3KNO3
Al3+ + 3OHー ⟶ Al(OH)3↓
Dlatego też w tabeli zestawiono główny jon, który chcemy zidentyfikować na podstawie jakiejś obserwacji oraz odczynnik, który nam do tego będzie potrzebny. Czyli jeśli odczynnikiem jest np. OHー to może to być NaOH, KOH czy Ba(OH)2 nie ma żadnego problemu.
2. Identyfikacja jonów : kationy
| Co identyfikujemy? | Czego potrzebujemy (odczynnik) | Obserwacje oraz równania reakcji |
| Ba2+ (bezbarwny) | SO42ー | Biały osad nierozpuszczalny w kwasach Ba2+ + SO42ー ⟶ BaSO4 |
| Al3+ (bezbarwny) | OHー | Biały, galaretowaty osad rozpuszczalny w nadmiarze Al3+ + 3OHー ⟶ Al(OH)3↓ Al(OH)3↓ + OHー ⟶ Al(OH)4ー lub Al(OH)3↓ + 3OHー ⟶ Al(OH)63ー |
| Cu2+ (niebieski) | OHー | Niebieski, galaretowaty osad częściowo rozpuszczalny w zasadzie, bardzo dobrze rozpuszczalny w amoniaku tworząc szafirowy roztwór Cu2+ + 2OHー ⟶ Cu(OH)2↓ Cu(OH)2↓ + 2OHー ⟶ Cu(OH)42ー Cu(OH)2↓ + 4NH3 ⟶ Cu(NH3)42++ 2OHー |
| Fe2+ (zielony) | OHー | Zielony osad brunatniejący na powietrzu Fe2+ + 2OHー ⟶ Fe(OH)2 ↓ 4Fe(OH)2↓ + O2 + 2H2O ⟶ 4Fe(OH)3 |
| Ag+ bezbarwny | Clー lub OHー | Biały osad ciemniejący pod wpływem światła Ag+ + Clー ⟶ AgCl AgCl ⟶ Ag↓ + ⅟2Cl2 Brunatny osad nierozpuszczalny w nadmiarze, rozpuszczalny w amoniaku 2Ag+ + 2OHー ⟶ Ag2O↓ + H2O Ag2O↓ + 4NH3 + H2O ⟶ 2[Ag(NH3)2]+ + 2OHー |
| Fe3+ (żółto- pomarańczowy) | OHー lub SCNー | Brunatny osad Fe3+ + 3 OHー ⟶ Fe(OH)3↓ Krwistoczerwony roztwór (smocza krew) Fe3+ + 6SCNー ⟶ Fe(SCN)63ー |
| Zn2+ (bezbarwny) | OHー | Powstaje biały osad rozpuszczalny w nadmiarze Zn2+ + 2OHー ⟶ Zn(OH)2↓ Zn(OH)2↓ + 2OHー ⟶ Zn(OH)42ー |
| Cr3+ (zielony) | OHー | Zielony roztwór rozpuszczalny w nadmiarze tworząc zielony roztwór Cr3+ + 3OHー ⟶ Cr(OH)3↓ Cr(OH)3↓ + 3OHー ⟶ Cr(OH)63ー |
| Mn2+ (Bezbarwny/ (bladoróżowy) | OHー | Kremowy osad brunatniejący na powietrzu Mn2+ + 2OHー ⟶ Mn(OH)2 Mn(OH)2 + ⅟2O2 ⟶ MnO2↓ + H2O |
| Ca2+ bezbarwny | OHー lub SO42ー lub CO32ー | Z roztworu stężonego wydziela się biały osad Ca2+ + 2OHー ⟶ Ca(OH)2↓ Powstaje biały osad Ca2+ + SO42ー ⟶ CaSO4 ↓ Ca2+ + CO32ー ⟶ CaCO3 ↓ |
| Ni2+ zielony | OHー | Powstaje zielony osad nierozpuszczalny w nadmiarze Ni2+ + 2OHー ⟶ Ni(OH)2↓ |
| NH4+ bezbarwny | OHー | Pojawia się charakterystyczny zapach NH4+ + OHー ⟶ NH3 + H2O |
3. Identyfikacja jonów : aniony
| Co identyfikujemy? | Czego potrzebujemy (odczynnik) | Obserwacje i równanie reakcji |
| S2ー (bezbarwny) | H+ | Pojawia się charakterystyczny zapach S2ー + 2H+ ⟶ H2S↑ |
| CO32ー (bezbarwny) | H+ | Wydziela się bezbarwny gaz CO32ー + 2 H+ ⟶ CO2↑ + H2O |
| SO32ー (bezbarwny) | H+ | Pojawia się gaz o ostrym zapachu SO32ー + 2 H+ ⟶ SO2↑ + H2O |
| CrO42ー (żółty) | H+ | Zmiana barwy z żółtej na pomarańczową 2CrO42ー + 2H+ ⟶ Cr2O72ー + H2O |
| Cr2O72ー(pomarańczowy) | OHー | Zmiana barwy z pomarańczowej na żółtą Cr2O72ー + 2OHー ⟶ 2CrO42ー +H2O |
| CH3COOー (bezbarwny) | H+ | Pojawia się charakterystyczny zapach (octu) CH3COOー + H+ ⟶ CH3COOH |
| Iー bezbarwny | Pb2+ | Powstaje żółty osad 2Iー + Pb2+ ⟶ PbI2↓ |
4. Bonus − czemu niektóre osady nie rozpuszczają się w kwasach ?
Pamiętam jak pierwszy raz uczyłem się do Olimpiady Chemicznej to jak ten baran potulny wkuwałem na pamięć, który osad jest rozpuszczalny w kwasach, a który nie. To było strasznie głupie, bo nie trzeba się tego wcale uczyć.
Aby osad rozpuszczał się w mocnych kwasach (aby jego rozpuszczalność się polepszyła) to musi on mieć anion, których pochodzi od słabego kwasu. Czyli CaSO4 nie rozpuści się w kwasach, natomiast CaF2 już tak, bo H2SO4 to mocny kwas[1], a HF jest słabym kwasem).
Poniżej napisałem równowagę rozpuszczania obu osadów, jak wiemy jest ona mocno przesunięta w lewą stronę. Oznacza to po prostu, że bardzo mało jonów przechodzi do roztworu (= słabo rozpuszczalna sól)
CaSO4 ⇄ Ca2+ + SO42ー
CaF2 ⇄ Ca2+ + 2Fー
Kiedy dodajemy kwas chcąc polepszyć jego rozpuszczalność, to polega to na tym, że jony H+ , które przychodzą do roztworu reagują z anionem osadu, przez co zmniejsza się stężenie tego anionu, a to z reguły przekory przesuwa równowagę rozpuszczania osadu w prawo, a więc rozpuszczalność się polepsza. Taka reakcja nie jest jednak możliwa dla jonu Clー np, bo HCl jest mocnym kwasem, a więc to reakcja odwrotna zachodzi w stu procentach.
SO42ー + 2H+ ⟶ H2SO4 (nie zachodzi!)
Fー + H+ ⇄ HF (zachodzi)
Czyli jeszcze raz. Skoro HCl dysocjuje w stu procentach :
HCl ⟶ H+ + Clー
To reakcja w drugą stronę zachodzi w zero procentach, czyli nie zachodzi!
H+ + Clー ⟶ nie zachodzi !
[1] W rzeczywistości rozpuszczalność lekko się poprawi, ponieważ kwas siarkowy (VI) dysocjuje dwutorowo, można by powiedzieć. Jego pierwszy etap dysocjacji zachodzi w stu procentach, ale drugi już częściowo.
