Az anionok kettős, kombinált, közepes, savas és bázikus sók összetevői. A kvalitatív elemzés során mindegyik egy adott reagens segítségével határozható meg. Tekintsük a szervetlen kémiában használt anionokra adott kvalitatív reakciókat.
Ez az egyik legfontosabb lehetőség a szervetlen kémiában gyakori anyagok azonosítására. Az elemzés két komponensre oszlik: kvalitatív és kvantitatív.
Az anionokra adott minőségi reakciók egy anyag azonosítását és bizonyos szennyeződések jelenlétének megállapítását jelentik.
A kvantitatív elemzés egyértelmű szennyeződés- és alapanyag-tartalmat állapít meg.
Nem minden interakció használható a kvalitatív elemzésben. Jellegzetes reakciónak nevezzük azt a reakciót, amely az oldat színének megváltozásához, csapadék képződéséhez, feloldódásához és gáznemű anyag felszabadulásához vezet.
Az anioncsoportok meghatározása szelektív reakcióval történik, melynek köszönhetően a keverékben csak bizonyos anionok mutathatók ki.
Az érzékenység az a legalacsonyabb oldatkoncentráció, amelynél a meghatározandó anion előkezelés nélkül kimutatható.
Vannak olyan vegyszerek, amelyek hasonló eredményeket képesek produkálni, ha különböző anionokkal kölcsönhatásba lépnek. A csoportos reagens alkalmazásának köszönhetően lehetőség nyílik az anionok különböző csoportjainak izolálására azok kicsapásával.
A szervetlen anyagok kémiai elemzése során elsősorban olyan vizes oldatokat vizsgálnak, amelyekben a sók disszociált formában vannak jelen.
Éppen ezért a sóanionokat egy anyag oldatában való felfedezésük határozza meg.
A sav-bázis módszerben az anionok három analitikai csoportját szokás megkülönböztetni.
Vizsgáljuk meg, mely anionok határozhatók meg bizonyos reagensekkel.
A sók keverékében történő azonosítására a kvalitatív elemzés során oldható bárium sókat használnak. Tekintettel arra, hogy a szulfát anionok SO4, a lezajló reakció rövid ionegyenlete:
Ba 2 + + (SO 4) 2- = BaSO4
A kapott bárium-szulfát fehér színű és oldhatatlan anyag.
A sók klóranionjainak meghatározásakor reagensként az oldható ezüstsókat használjuk, mivel ennek a nemesfémnek a kationja ad oldhatatlan fehér csapadékot, ezért a klorid-anionokat így határozzuk meg. Ez nem egy teljes lista az analitikai kémiában használt kvalitatív kölcsönhatásokról.
A kloridokon kívül ezüstsókat is használnak a jodidok és bromidok keverékben való jelenlétének kimutatására. A halogeniddel vegyületet képező ezüstsók mindegyike meghatározott színnel rendelkezik.
Például az AgI sárga.
Először is nézzük meg, milyen anionokat tartalmaz. Ezek karbonátok, szulfátok, foszfátok.
Az analitikai kémia leggyakoribb reakciója a szulfátionok meghatározása.
Ennek végrehajtásához kálium-szulfát és bárium-klorid oldatokat használhat. Amikor ezeket a vegyületeket összekeverjük, fehér bárium-szulfát csapadék képződik.
Az analitikai kémiában előfeltétel a molekuláris és ionos egyenletek megírása azon folyamatokról, amelyeket egy bizonyos csoport anionjainak azonosítására végeztek.
Ennek a folyamatnak a teljes és rövidített ionegyenleteinek felírásával megerősíthető a BaSO4 oldhatatlan só (bárium-szulfát) képződése.
A karbonátion azonosításakor a sók keverékében minőségi reakciót alkalmaznak szervetlen savakkal, amelyet egy gáznemű vegyület - szén-dioxid - felszabadulás kísér. Ezenkívül a karbonát analitikai kémiában történő azonosításakor bárium-kloriddal való reakciót is alkalmaznak. Az ioncsere következtében fehér bárium-karbonát csapadék válik ki.
A folyamat rövidített ionegyenletét a diagram írja le.
A bárium-klorid a karbonát ionokat fehér csapadék formájában csapja ki, amelyet az első analitikai csoport anionjainak kvalitatív elemzésére használnak. Más kationok nem adnak ilyen eredményt, ezért nem alkalmasak meghatározásra.
Amikor a karbonát savakkal reagál, a rövid ionos egyenlet a következő:
2H + +CO 3 - =CO 2 + H 2 O
A keverékben lévő foszfátionok azonosításakor oldható báriumsót is használnak. A nátrium-foszfát oldatot bárium-kloriddal keverve oldhatatlan bárium-foszfát képződik.
Ebből arra következtethetünk, hogy a bárium-klorid univerzális, és felhasználható az első analitikai csoport anionjainak meghatározására.
A klorid anionok kimutathatók ezüst-nitrát oldattal való reagáláskor. Az ioncsere eredményeként sajtos fehér ezüst-klorid (1) csapadék képződik.
Ennek a fémnek a bromidja sárgás színű, a jodid pedig gazdag sárga színű.
A nátrium-klorid és az ezüst-nitrát molekuláris kölcsönhatása a következő:
NaCl + AgNO 3 = AgCl + NaNO 3
A keverékben a jodidionok meghatározásához használható speciális reagensek közül kiemeljük a rézkationokat.
KI + CuSO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + CuI
Ezt a redox folyamatot a szabad jód képződése jellemzi, amelyet kvalitatív elemzésben használnak.
Ezen ionok kimutatására koncentrált ásványi savakat használnak. Például, ha tömény sósavat adunk a nátrium-szilikáthoz, kovasav csapadék képződik, amely gélszerű megjelenésű.
Molekuláris formában ez a folyamat:
Na 2 SiO 3 + 2HCl = NaCl+ H 2 SiO 3
Az analitikai kémiában az anionos hidrolízis az egyik módja annak, hogy meghatározzuk a közeg reakcióját sóoldatokban. A hidrolízis típusának helyes meghatározásához meg kell találni, hogy melyik savból és bázisból nyerik a sót.
Például az alumínium-szulfidot oldhatatlan alumínium-hidroxid és gyenge hidrogén-szulfidsav képezi. Ennek a sónak a vizes oldatában az anionnál és a kationnál hidrolízis megy végbe, így a közeg semleges. Egyik indikátor sem változtatja meg a színét, ezért nehéz lesz hidrolízissel meghatározni egy adott vegyület összetételét.
A kvalitatív reakciók, amelyeket az analitikai kémiában használnak az anionok meghatározására, lehetővé teszik bizonyos sók csapadék formájában történő előállítását. Attól függően, hogy melyik analitikai csoportanionokat kell azonosítani, egy adott csoportreagenst választunk ki a kísérlethez.
Ezzel a módszerrel határozzák meg az ivóvíz minőségét, meghatározva, hogy a klór-, szulfát- és karbonátanionok mennyiségi tartalma meghaladja-e az egészségügyi és higiéniai követelmények által meghatározott maximálisan megengedett koncentrációt.
Az iskolai laboratóriumban az anionok meghatározásával kapcsolatos kísérletek a gyakorlati munka kutatási feladatainak egyik lehetősége. A kísérlet során az iskolások nemcsak a keletkező csapadék színeit elemzik, hanem reakcióegyenleteket is készítenek.
Ezen túlmenően a kvalitatív elemzés elemeit kínálják a kémia záróvizsgákon végzett hallgatóknak, amelyek segítenek meghatározni a leendő kémikusok és mérnökök jártassági szintjét a molekuláris, teljes és rövidített ionegyenletekben.
A kémia „mágikus” tudomány. Hol lehet még biztonságos anyagot szerezni két veszélyes anyag kombinálásával? Közönséges konyhasóról beszélünk - NaCl. Nézzük meg közelebbről az egyes elemeket, az atom szerkezetéről korábban megszerzett ismereteink alapján.
Nátrium - Na, alkálifém (IA csoport).
Elektronikus konfiguráció: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Amint látjuk, a nátriumnak egy vegyértékelektronja van, amelyet „beleegyezik” feladni, hogy energiaszintje teljessé váljon.
Klór - Cl halogén (VIIA csoport).
Elektronikus konfiguráció: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Amint látja, a klórnak 7 vegyértékelektronja van, és „hiányzik” egy elektron ahhoz, hogy energiaszintje teljessé váljon.
Most már sejtheti, miért olyan „barátságos” a klór- és nátriumatom?
Korábban azt mondták, hogy az inert gázok (VIIIA csoport) teljesen „befejezett” energiaszinttel rendelkeznek – külső s és p pályájuk teljesen megtelt. Emiatt lépnek olyan gyengén kémiai reakcióba más elemekkel (egyszerűen nem kell „barátkozniuk” senkivel, hiszen „nem akarnak elektront adni vagy elfogadni”).
Amikor a vegyérték energia szintje megtelt, az elem válik stabil vagy gazdag.
A nemesgázok „szerencsések”, de mi a helyzet a periódusos rendszer többi elemével? Természetesen a pár „keresése” olyan, mint egy ajtózár és egy kulcs – egy bizonyos zárnak saját kulcsa van. Hasonlóképpen, a kémiai elemek, amelyek megpróbálják kitölteni külső energiaszintjüket, reakcióba lépnek más elemekkel, stabil vegyületeket hozva létre. Mert Ha a külső s (2 elektron) és p (6 elektron) pálya megtelik, ezt a folyamatot ún. "oktett szabály"(oktett = 8)
A nátriumatom külső energiaszintje egy elektront tartalmaz. Ahhoz, hogy stabil állapotba kerüljön, a nátriumnak vagy fel kell adnia ezt az elektront, vagy hét újat kell befogadnia. A fentiek alapján a nátrium elektront ad át. Ebben az esetben a 3s pályája „eltűnik”, és a protonok száma (11) eggyel nagyobb lesz, mint az elektronok száma (10). Ezért a semleges nátriumatom pozitív töltésű ionná alakul - kation.
A nátriumkation elektronikus konfigurációja: Na+ 1s 2 2s 2 2p 6
A különösen figyelmes olvasók joggal mondják, hogy a neon (Ne) ugyanazzal az elektronikus konfigurációval rendelkezik. Tehát a nátrium neonná változott? Egyáltalán nem – ne feledkezzünk meg a protonokról! Még mindig vannak; nátrium esetében - 11; A neonnak 10 van. Azt mondják, hogy a nátriumkation az izoelektronikus neon (mivel elektronikus konfigurációjuk megegyezik).
Összefoglaljuk:
A klór esetében a helyzet pont az ellenkezője – hét vegyértékelektronja van a külső energiaszinten, és egy elektront kell elfogadnia ahhoz, hogy stabillá váljon. A következő folyamatok fognak bekövetkezni:
A fentiek alapján látható, hogy a nátriumot feladó elektronból lesz a klórt kapó elektron.
A nátrium-klorid kristályrácsban minden nátriumkationt hat klóranion vesz körül. Ezzel szemben minden klór-aniont hat nátrium-kation vesz körül.
Az elektron mozgása következtében ionok képződnek: nátrium-kation(Na+) és klór anion(Cl -). Mivel az ellentétes töltések vonzzák egymást, stabil vegyület keletkezik NaCl (nátrium-klorid) - konyhasó.
Az ellentétes töltésű ionok kölcsönös vonzása következtében ionos kötés- stabil kémiai vegyület.
Az ionos kötésekkel rendelkező vegyületeket ún sók. Szilárd állapotban minden ionos vegyület kristályos anyag.
Meg kell érteni, hogy az ionos kötés fogalma szigorúan véve meglehetősen relatív, csak azok az anyagok sorolhatók „tiszta” kategóriába, amelyekben az ionos kötést alkotó atomok elektronegativitása 3-mal egyenlő; ” ionos vegyületek Emiatt a természetben csak egy tucatnyi tisztán ionos vegyület, az alkáli- és alkáliföldfémek fluoridja (például LiF; relatív elektronegativitás Li=1; F=4).
Az ionos vegyületek „sértésének” elkerülése érdekében a vegyészek egyetértettek abban, hogy egy kémiai kötést ionosnak tekintsenek, ha az anyag molekuláját alkotó atomok elektronegativitásának különbsége egyenlő vagy nagyobb, mint 2. (lásd az elektronegativitás fogalmát).
Más sók a nátrium-kloridhoz hasonló elv szerint képződnek. A fém feladja az elektronokat, a nemfém pedig befogadja azokat. A periódusos rendszerből egyértelműen kiderül, hogy:
Gyakori egyatomos kationok
Közös egyatomos anionok
Nem minden olyan egyszerű az átmenetifémekkel (B csoport), amelyek különböző számú elektront tudnak leadni, két (vagy több) különböző töltésű kationt képezve. Például:
Sok átmenetifém-ionnak különböző oxidációs állapota lehet.
Az ionok nem mindig egyatomosak, atomok csoportjából állhatnak - többatomos ionok. Például a kétatomos kétértékű higanyion Hg 2 2+: két higanyatom egy ionná kötődik, és nettó töltésük 2+ (mindegyik kation töltése 1+).
Példák többatomos ionokra:
Elemzési módszerek.
Az analitikai kémia egy anyag kémiai összetételének meghatározásával foglalkozó tudomány.
Az analitikai kémiát és módszereit széles körben alkalmazzák a közétkeztetésben és az élelmiszeriparban az alapanyagok, félkész termékek és késztermékek minőségének ellenőrzésére; a termékek értékesítésének időpontjának és tárolási feltételeinek meghatározása.
Az analitikus kémiában vannak mennyiségiÉs minőségi elemzés. Feladat mennyiségi elemzés- a vegyületekben lévő elemek vagy a keverékekben lévő kémiai vegyületek relatív mennyiségének meghatározása; feladat kvalitatív elemzés- kimutatni elemek jelenlétét vegyületekben vagy kémiai vegyületeket keverékekben.
Az analitikus kémia fejlődéstörténete.
Kezdetben használva kvalitatív elemzés meghatározta egyes ásványok tulajdonságait. TO mennyiségi analízist alkalmaztak a vizsgálatokban (nemesfémek meghatározása) - Ókori Görögország, Egyiptom. A 9. és 10. században a Kijevi Ruszban vizsgálati módszereket alkalmaztak a nemesfémek meghatározására.
Az analitikus kémia mint tudomány a 17. század közepén kezdett kialakulni.
A kvalitatív elemzés alapjait először R. Boyle angol tudós vázolta fel, aki a „kémiai elemzés” kifejezést is megalkotta. R. Boyle-t a tudományos analitikus kémia megalapítójának tartják.
A kvantitatív elemzés törvényeit Lomonoszov vázolta fel a 17. század közepén. Lomonoszov volt az első, aki a kiindulási anyagok és reakciótermékek mérését alkalmazta.
A 19. század közepére kialakultak a titrimetriás és gravimetriás elemzési módszerek, valamint a gázelemzési módszerek.
Az első analitikus kémia tankönyv 1871-ben jelent meg Oroszországban. A tankönyv szerzője N.A. orosz kémikus. Menshutkin.
A huszadik század második felében számos új elemzési módszer jelent meg: röntgen, tömegspektrális stb.
Az analitikai kémiában használt elemzési módszerek osztályozása.
Az analitikai kémia két fő részből áll: mennyiségi elemzésÉs kvalitatív elemzés.
Kvalitatív elemzési módszerek:
Ø Vegyi
Ø Fizikai-kémiai
Ø Fizikai
Kémiai elemzés:
Ø „száraz” mód
Ø „nedves” módon
A „száraz” út azok a kémiai reakciók, amelyek a láng izzadása, összeolvadása és elszíneződése során lépnek fel.
Példa : a láng elszíneződése fémkationokkal (nátrium - sárga, kálium - rózsaszín-lila, kalcium - narancsvörös, réz - zöld stb.), amelyek a sók elektrolitikus disszociációja során keletkeznek:
NaCl → Na++ Cl -
K 2 CO 3 → 2K+ + CO 3 2-
„Nedves” út – kémiai reakciók elektrolitoldatokban.
A kvalitatív elemzésben is a vizsgált anyag mennyiségétől, az oldat térfogatától és a megvalósítás technikájától függően a következőket különböztetjük meg:
1) makromódszer: viszonylag nagy minták (0,1 g vagy több) vagy nagy mennyiségű oldat (10 ml vagy több) a vizsgált anyagból. Ez a módszer a legkényelmesebb meghatározni.
2) mikromódszer: 10-50 mg-os minták és néhány ml-es oldattérfogat.
3) félmikromódszer: 1-10 mg-os kimért adagok és körülbelül 0,1-1 ml oldattérfogatok.
A mikromódszernek és a félmikromódszernek két kétségtelen előnye van:
1. Nagy sebességű elemzés
2. Kis mennyiségű analit szükséges.
Fiziko-kémiai elemzési módszerek:
Ø kolorimetriás (két oldat színének összehasonlítása)
Ø nefelometrikus (a vizsgálati oldat zavarossága egyes reagensek hatására)
Ø elektrokémiai (a reakció befejeződésének pillanatát az oldat elektromos vezetőképességének változása és a tesztoldatban lévő elektródák potenciálja határozza meg)
Ø refraktometriás (határozza meg a törésmutatót)
Fizikai elemzési módszerek:
Ø spektrális elemzés (emissziós vagy abszorpciós spektrumok vizsgálata)
Ø lumineszcens (egy anyag UV hatása alatti izzás természetének tanulmányozása)
Ø tömegspektrometriás
Ø refraktometriás
Az analitikai reakciókat az ionok kimutatására használják oldatokban az analitikai kémiában.
Az analitikai reakció olyan kémiai átalakulás, amelynek során a vizsgált anyag jellegzetes tulajdonságú új vegyületté alakul.
Az analitikai reakció jelei:
Ø ülepedés
Ø Az üledék feloldása
Ø Színváltozás
Ø Gáznemű anyag felszabadulása
Analitikai reakciókörülmények:
Ø Gyors áramlás
Ø Specifikusság
Ø Érzékenység
Az érzékeny reakció olyan reakció, amely a legkisebb mennyiségű oldatból képes kimutatni a legkisebb mennyiségű anyagot.
Az érzékeny reakciót a következők jellemzik:
1. Nyitási minimum(az adott reakcióval kimutatható legkisebb anyagmennyiség)
2. Minimális koncentráció(az analit tömegének és az oldószer tömegének vagy térfogatának aránya).
Specifikus reakciónak nevezzük azt a reakciót, amely más ionok jelenlétében egy adott színváltozással, jellegzetes csapadék képződésével, gáz felszabadulásával, stb.
Példa: báriumiont kálium-kromát K 2 CrO 4-gyel detektálják (világos sárga csapadék képződik).
ún töredékes. Frakcionált analízissel az ionok bármilyen sorrendben felfedezhetők specifikus reakciók segítségével.
Azonban kevés specifikus reakció ismert, gyakrabban a reagensek kölcsönhatásba lépnek több ionnal. Az ilyen reakciókat és reagenseket ún általános. Ebben az esetben alkalmazza szisztematikus elemzés. Szisztematikus elemzés- a keverékben jelenlévő ionok kimutatásának bizonyos sorrendje. Az elegyet alkotó ionokat külön csoportokra osztjuk, ezekből a csoportokból szigorúan meghatározott sorrendben izoláljuk az egyes ionokat, majd ezt az iont a legjellemzőbb reakcióval fedezzük fel. Az egyik ionra jellemző reakciókat ún magán.
A kationok és anionok osztályozása.
Az ionok osztályozása az analitikai kémiában az általuk képződött sók és hidroxidok oldhatóságának különbségén alapul.
Az analitikai csoport kationok vagy anionok csoportja, amely egyetlen reagenssel hasonló analitikai reakciókat ad.
Kation osztályozás:
Az Ø szulfid vagy hidrogén-szulfid egy klasszikus, N. A. Menshutkin fejlesztette ki;
Ø sav-bázis stb.
A kationok szulfidos osztályozása a kationok szulfidionokhoz viszonyított arányán alapul:
1) Szulfidion által kicsapott kationok
2) Kationok, amelyeket nem csap ki szulfidion.
Minden csoportnak megvan a maga csoport reagens– egy reagens, amellyel az ionok egy csoportját felnyitják, és ennek a csoportnak az ionjaival csapadékot képeznek (Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 ↓)
Elvégezzük a kationok meghatározását szisztematikus elemzés.
Az anion, furcsa módon, jelen van a levegőben, és az egészség közvetlenül függ mennyiségüktől. Az anionok neutrákat is felhalmozhatnak por lizálása, pozitív töltésű vírusok elpusztításaelektronok, behatolnak a baktériumsejtekbe és elpusztítják azokat, mielőttígy elkerülhető az emberre gyakorolt negatív következményekth szervezet. Amikor egy személy ionizált, az ra javulását észlelika test összes szervének és rendszerének gondozása:
Az ember, mint bármely más élőlény, nem tud élni anionok nélkül. Eközben tudod, mi az „anion” Normál körülmények között a levegő molekulái és atomjai semlegesek? Az ionizáció során azonban, amely történhet hagyományos sugárzással, ultraibolya sugárzással, mikrohullámú sugárzással vagy egyszerű villámcsapással, a levegőmolekulák elveszítik az atommag körül forgó negatív töltésű elektronok egy részét, amelyek ezt követően a semleges molekulákhoz kapcsolódnak, így negatív töltés. Az ilyen molekulákat anionoknak nevezzük.
Az anionok színtelenek és szagtalanok, és a negatív elektronok jelenléte a pályán lehetővé teszi számukra, hogy különféle mikroanyagokat vonzanak be a levegőből. Az anionok emellett eltávolítják a port a levegőből, és elpusztítják a baktériumokat. Az anion-levegő kapcsolat hasonló a vitamin-étel kapcsolathoz. Ezért nevezik az anionokat „levegő vitaminoknak”, „hosszú élettartam elemnek” és „levegőtisztítónak” is.Bár az anionok jótékony tulajdonságai sokáig az árnyékban maradtak, rendkívül fontosak az emberi egészség szempontjából. Nem engedhetjük meg magunknak, hogy elhanyagoljuk gyógyító tulajdonságaikat. Így az anionok felhalmozhatják és semlegesíthetik a port, elpusztíthatják a pozitív töltésű elektronokkal rendelkező vírusokat, behatolhatnak a mikrobiális sejtekbe és elpusztíthatják azokat, megelőzve ezzel az emberi szervezetre gyakorolt negatív következményeket. Minél több anion van a levegőben, annál kevesebb mikroba van benne (amikor az anionok koncentrációja elér egy bizonyos szintet, a mikrobák tartalma teljesen nullára csökken).Az emberi egészség közvetlenül függ a levegő aniontartalmától. Ha az emberi szervezetbe kerülő levegő aniontartalma túl alacsony, vagy éppen ellenkezőleg, túl magas, akkor az ember görcsösen lélegezni kezd, fáradtságot, szédülést, fejfájást, esetleg depressziót érezhet.
Mindez akkor kezelhető, ha a tüdőbe jutó levegő aniontartalma 1200 anion 1 köbcentiméterenként. Ha a lakóhelyiségek aniontartalmát 1500 anionra növelik 1 köbcentiméterenként, akkor jóléte azonnal javulni fog; Dupla energiával kezd el dolgozni, ezáltal növeli termelékenységét.
Így az anionok nélkülözhetetlen asszisztensek az emberi egészség erősítésében és az élet meghosszabbításában. A Nemzetközi Egészségügyi Szervezet megállapította, hogy a friss levegő minimális aniontartalma 1000 anion legyen 1 köbcentiméterenként. Bizonyos környezeti feltételek mellett (például hegyvidéki területeken) előfordulhat, hogy az emberek soha életük során nem tapasztalják belső szervek gyulladását. Általában az ilyen emberek sokáig élnek és egész életükben egészségesek maradnak, ami a levegőben lévő elegendő anion eredménye.