Określenie składu substancji i roztworów - jedno z zadań współczesnej chemii. Określenie jakościowego i ilościowego składu substancji i ich mieszanin - przedmiot badań chemii analitycznej.
Jednym ze sposobów określenia jakościowego składu roztworów jest wykorzystanie reakcji jakościowych (analizy jakościowej). Reakcjami jakościowymi nazywamy takie reakcje, które pozwalają odpowiedzieć na pytanie „Czy znajduje się pewna substancja albo jon w badanym przykładzie?”
Reakcje jakościowe — to zwyczajne reakcje, które zachodzą dosyć szybko i których przebiegowi towarzyszą pewne zmiany wizualne: odpowiednia zmiana zabarwienia roztworu, utworzenie osadu pewnego koloru albo wydzielenie gazu, który również może mieć albo nie mieć zabarwienia czy zapachu.
Istnieje wiele reakcji jakościowych, które pozwalają określić obecność w roztworach jonów, alkoholi, aminokwasów, białek i innych substancji.
Niektóre reakcje jakościowe poznacie w tym paragrafie, inne - podczas dalszego kursu chemii.
Wykrywanie jonów w roztworach elektrolitów
Reakcjom jakościowym, które pozwalają wykryć jony w roztworze, w większości wypadków towarzyszy utworzenie się osadu pewnego koloru. Na przykład, wykrycie jonów Ba2+ w roztworze można opisać przy pomocy takiego schematu blokowego:
Najczęściej wykorzystywane odczynniki w szkolnym kursie chemii zostały podane w tablicy 8.
Wybitny ukraiński fizykochemik, członek korespondent AN USRR. Urodził się w mieście Sumy, uczył się w Charkowskim Technikum Finansowo-Ekonomicznym, pracował na fakultecie chemicznym Uniwersytetu Charkowskiego. Główne osiągnięcia naukowe zdobył w dziedzinie elektrochemii roztworów, rozwinął teorię kwasowo-zasadowych reakcji Bronsteda i teorii działania elektrody szklanej, opracował teorię ilościową dysocjacji elektrolitów w roztworach. Odkrył metodę chromatografii cienkowarstwowej i opracował nowe fizykochemiczne metody analizy roztworów niewodnych.
Tabela 8. Odczynniki do wykrycia niektórych anionów
|
Jon |
Odczynnik do analizy jakościowej i przykład równania reakcji |
Przejaw reakcji |
 |
 |
Utworzenia białego serowatego osadu AgCl, który nie rozpuszcza się w kwasie azotowym Utworzenie bladożółtego osadu AgBr Utworzenie żółtowatego osadu Agi Utworzenie jaskrawożółtego osadu Ag3P04 |
 |
 |
Utworzenie białego osadu BaS04, nierozpuszczalnego w kwasach |
 |
 |
Utworzenie białego osadu CaC03 |
 |
Wydzielenie się dwutlenku węgla |
Rola eksperymentu w nauce
Eksperyment - najgłówniejsze źródło wiedzy. Wykonując różnorodne doświadczenia, uczeni w ciągu tysiącleci nagromadzili wiedzę w różnych gałęziach nauki. Wiadomo, że wykonując pewien eksperyment, nie można od razu odkryć prawa albo sformułować teorii. Na poziomie eksperymentalnym poznania odbywa się gromadzenie faktów, informacji o
substancjach i zjawiskach. Tylko mając pewną gruntowną wiedzą, można analizować otrzymane dane eksperymentalne i je objaśniać, opierając się na już istniejącej teorii albo formułując własną.
Znany ukraiński analityk chemiczny, akademik NAN Ukrainy. Urodził się we wsi Kyryliwka obwodu czerkaskie-go, ukończył Kijowski Instytut Politechniczny, pracował w Kijowskim Uniwersytecie Państwowym. Zajmował się opracowaniem metod analizy chemicznej materiałów nieorganicznych z wykorzystaniem odczynników organicznych, zastosowaniem związków kompleksowych w analizie chemicznej. Opracował metody określenia pierwiastków rzadkich. Kierował programami państwowymi „Czysta woda", brał aktywny udział w likwidacji następstw katastrofy czar-nobylskiej, zajmował się utworzeniem cyklów zamkniętych dostarczania wody w przemyśle, opracowaniem technologii kompleksowego przetwórstwa wód kopalnianych.
Opierając się na faktach eksperymentów, uczeni sformułowali większość teorii. W ten sposób, badając chemiczne właściwości tlenu, Lavoisier sformułował tlenową teorię kwasów, a ważąc masę reagentów i produktów reakcji - prawo zachowania masy. Badając przewodnictwo elektryczne roztworów, Arrhenius zbudował podwaliny teorii dysocjacji elektrolitycznej. I takich przykładów w historii chemii jest pełno.
Ale niektóre teorie i prawa na początku zostały sformułowane teoretycznie na drodze analizy znanych faktów. Trzeba było tylko „przyjrzeć się” tym faktom z innej strony. Analizując właściwości związków znanych pierwiastków, Mendelejew odkrył prawo okresowości. Rozwiązując równania matematyczne, Wolfgang Pauli przypuścił istnienie niewznanej w owym czasie cechy elektronów - spinu, co eksperymentalnie zostało udowodnione później. I takich przykładów w nauce jest wiele. Ale, jak mówił laureat Nagrody Nobla Lew Landau: „Doświadczenie - sędzia najwyższy teorii”. Czyli dowolna teoria lub prawo mają być udowodnione eksperymentalnie, jak na przykład odkrycie galu i germanu, które w sposób spektakularny potwierdziły prawdziwość prawa okresowości pierwiastków.
DOŚWIADCZENIA LABORATORYJNE nr 7-9
Wyposażenie: statyw z probówkami, pipetki.
Odczynniki: roztwory NaCl, NaN03, Na2C03, Na2S04, CaCl2, BaCl2, AgN03, HC1.
Zasady bezpieczeństwa:
• do doświadczeń wykorzystujcie niewielkie ilości substancji;
• uważajcie, żeby substancje nie trafiły na skórę, w oczy, na ubranie; w przypadku dostania się substancji żrącej zmyjcie ją obfitą ilością wody i przetrzyjcie uszkodzone miejsce roztworem sody.
Wykrycie jonów chlorkowych w roztworze
Do pierwszej probówki nalejcie roztwór chlorku sodu o objętości 1 ml, do drugiej - taką samą ilość roztworu azotanu sodu. Do obu probówek dodajcie po 2-3 krople roztworu azotanu® srebra. Co obserwujecie?
Według jakiej cechy można udowodnić, w której z probówek znajdują się jony chlorkowe?
Ułóżcie molekularne i jonowo-molekularne równania reakcji.
Wykrycie jonów siarczanowych w roztworze
Do pierwszej probówki nalejcie roztwór chlorku sodu o objętości 1 ml, do drugiej — taką samą ilość roztworu siarczanu sodu. Do obu probówek dodajcie po 2-3 krople roztworu chlorku baru. Co obserwujecie?
Według jakiej cechy można udowodnić, w której probówce znajdują się jony siarczanowe?
Ułóżcie molekularne i jonowo-molekularne równania reakcji.
Wykrycie jonów węglanowych w roztworze
1. Do pierwszej probówki nalejcie roztwór azotanu azotu o objętości 1 ml, do drugiej - taką samą ilość roztworu węglanu sodu. Do obu probówek dodajcie po 2-3 krople roztworu chlorku wapnia. Co obserwujecie?
2. Powtórzcie doświadczenie z punktu 1, ale zamiast chlorku wapnia do dwóch probówek dodajcie po 1 ml kwasu solnego. Co obserwujecie?
Według jakich cech można udowodnić, w której z probówek znajdują się jony węglanowe?
Ułóżcie molekularne i jonowo-molekularne równania reakcji?
Myśl główna
Reakcja jakościowa - chemiczna reakcja (analiza), która pozwala wykryć pewną substancję. Ekspetryment jest najgłówniejszym źródłem wiedzy. Odgrywa podwójną rolę: udowadnia lub sprostowuje dowolne wnioski teoretyczne i może być przesłanką formowania nowej teorii albo hipotezy.
Pytania kontrolne
159. Jak rozumiecie pojęcie „reakcje jakościowe"?
160. Jakie chemiczne reakcje można wykorzystać jako jakościowe?
Zadania utrwalające wiedzę
161. Według tabeli rozpuszczalności zaproponujcie odczynniki do wykrycia następujących jonów: a) SO4-; b) Cl”; c) S2”; d) Ag+.
162. Zaproponujcie odczynnik, który pozwoli odróżnić probówki z substancjami w każdej z podanych par. Ułóżcie odpowiednie molekularne i jonowo-molekularne równania reakcji:
a) MgCI2 i MgS04; b) KN03 i K2C03.
163. Scharakteryzujcie rolę eksperymentu: a) aby określić jakościowy i ilościowy skład substancji; b) aby wykryć i udowodnić prawdziwość prawa okresowości; c) powstania teorii dysocjacji elektrolitycznej; d) rozwoju nauki.
PRACA PRAKTYCZNA nr 2
Rozwiązywanie zadań eksperymentalnych
Wyposażenie: statyw z probówkami.
Odczynniki: roztwory HC1, H2S04, NaOH, Ca(OH)2, FeS04, Na2S03, Na2Si03, AgNOg, NaCl, Mg(N03)2, lakmus albo oranż metylowy, proszek CaC03.
Zasady bezpieczeństwa:
• do doświadczeż wykorzystujcie niewielkie ilości substancji;
• uważajcie, żeby substancje nie trafiły na skórę, w oczy, na ubranie; w przypadku dostania się substancji żrącej zmyjcie ją obfitą ilością wody.
Zadanie 1
Wybierzcie potrzebne odczynniki i przeprowadźcie reakcje, którym odpowiadają następujące równania jonowo-molekularne:
Dla wszystkich przeprowadzonych reakcji opiszcie swoje spostrzeżenia i ułóżcie równania w molekularnej, pełnej i skróconej jonowo-molekularnej formie.
Zadanie 2
Zaproponujcie, w jaki sposób można udowodnić obecność każdego z jonów w roztworze kwasu solnego.
Określcie potrzebne odczynniki, przeprowadźcie reakcje i opiszcie zmiany wizualne, według których można poznać skład substancji.
Dla wszystkich przeprowadzonych reakcji opiszcie swoje spostrzeżenia i ułóżcie równania w molekularnej, pełnej i skróconej jonowo-mo-lekularnej formie.
Zadanie 3
W pięciu ponumerowanych probówkach znajdują się roztwory następujących substancji: kwas solny, chlorek sodu, siarczan sodu, wodorotlenek sodu i azotan magnezu. Zaproponujcie schemat analizy, przy pomocy której można określić skład każdej probówki, wykorzystując nie więcej niż trzy odczynniki. Przeprowadźcie reakcje chemiczne i określcie, w której probówce znajduje się jaka substancja. Ułóżcie odpowiednie równania reakcji w molekularnej i skróconej jonowo-mo-lekularnej formie.
Wniosek. Wysnujcie wniosek uogólniający do pracy praktycznej. W tym celu wykorzystajcie odpowiedzi na pytania:
1. Czy może dwóm równaniom molekularnym reakcji odpowiadać jedno skrócone równanie jonowo-molekularne?
2. Jakie reakcje nazywamy jakościowymi? Według jakich cech wykrywa się te lub inne jony w roztworze?
Tematy projektów szkolnych z tematu „Roztwory”:
• Elektrolity we współczesnych akumulatorach.
• Hodowla kryształów soli.
• Przygotowanie roztworów w celu nadania pierwszej pomocy medycznej.
• Badanie pH gleby w swojej miejscowości.
• Badanie wpływu kwasowości i zasadowości gleby na rozwój roślin.
• Badanie pH opadów atmosferycznych i ich wpływu na różne materiały w środowisku.
• Badanie obiektów przyrodniczych jako wskaźników kwasowo-za-sadowych.
• Badanie pH środowiska wód mineralnych na Ukrainie.
Sprawdźcie swoją wiedzę z tematu „Roztwory”, wykonując zadania testowe na stronie internetowej.
Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz