Характерные химические реакции на катионы (положительно заряженные ионы). Как определить наличие катионов?

В нейтральной или уксуснокислой среде:

• Кобальтинитрит натрия Na₃[Co(NO₂)₆] образует желтый  кристаллический осадок:

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- = K₂Na[Co(NO₂)₆]

Микрокристаллоскопическая реакция с Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] ^– образуются черные кристаллы кубической формы (открываемый минимум - 0,15 μг К⁺; предельное  разбавление 1:7,5*10⁴.

• Окрашивает пламя в фиолетовый цвет.

• Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом  Zn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₈ – образуется зелетовато-желтый кристаллический осадок, имеющий форму тетраэдров или октаэдров; открываемый минимум - 12,5 μг Na⁺; предельное разбавление 1:5*10³

Na⁺+Zn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₈ + CH₃COO^- + 9H₂O=NaZn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₉ .  9H₂O

• Окрашивание пламени – желтое

• При действии щелочей при нагревании выделяется аммиак, который обнаруживают по характерному запаху, по посинению влажной лакмусовой бумаги или по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли ртути (I). Чувствительность  реакции - 0,05 μг; предельное разбавление 1*10⁶

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃ + H₂O

(NH₄⁺ + OH^- = NH₃ + H₂O)

• Реактив Несслера K₂[HgI₄] в щелочной среде образует оранжево-коричневый осадок; чувствительность реакции - 0,25 μг иона аммония; предельное разбавление 1:2*10⁷

• Магнезон–I (или Магнезон–II) в отсутствие NH⁴⁺ дают синее окрашивание; открываемый минимум  - 0,9 μг (или 0,2 μг соответственно).
• Оксихинолин (при рН = 10 – 12) дает зеленовато-желтый кристаллический осадок  (чувствительность реакции - 0,1 μг иона магния)
• Карбонаты щелочных металлов дают белый осадок карбоната магния, легко растворимый  в кислотах:
  Mg²⁺ + CO₃^2- = MgCO₃

• Окрашивает пламя в кирпично-красный цвет.
• Щавелевокислый аммоний (оксалат аммония) в уксуснокислом растворе образует белый кристаллический осадок (в отсутствие Ва^{2+ и Sr2+); чувствительность – 1 μг Са2+}

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = 2NH₄Cl + CaC₂O₄

(Сa²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O₄)

• Микрокристаллоскопическая реакция с H2SO4: характерная форма кристаллов в виде длинных игл или пластинок  (чувствительность -  0,1 μг  Са ²⁺)

• В уксуснокислой среде хромат калия  К₂СrО₄  или  К₂Cr₂O₇ + CH₃COONa  дают  ярко-желтый осадок  хромата бария.
• Серная кислота и ее соли  образуют  белый кристаллический осадок сульфата бария, нерастворимого в кислотах и щелочах:

     Ba²⁺ + SO₄ ^2-= BaSO₄

(Открываемый минимум - 0,4 μг; предельное разбавление 1:1,25*10⁵).
Гипсовая вода (насыщенный раствор СаSO₄₎ с Ва²⁺ на холоде вызывает медленное образование осадка (тогда как для ее взаимодействия с ионами Sr²⁺ требуется  нагревание).

• Окрашивает пламя в желто-зеленый цвет.

• Гидроксиды щелочных металлов образуют белый студенистый осадок Al(OH)3, растворимый в кислотах с образованием соли соответствующей кислоты; он также растворим в растворах щелочей с образованием комплексных ионов [Al(OH)₄]^-:

Al³⁺ + 3OH^-= Al(OH)₃         Al(OH)₃ + OH^- = [Al(OH)₄]^-

(Гидроксид алюминия проявляет амфотерные свойства)

• Прокаливание гидроксида алюминия с солью кобальта дает синее  окрашивание  (“тенарову синь” - Со(AlO₂)₂).
• Оксихинолин дает желтый осадок; Ализарин красный S, Хинализарин или Алюминон - красные осадки.      

• Окислители (например, перманганат калия, пероксид водорода, бромная вода)  превращают зеленые или фиолетовые соединения хрома (III) в соединения хрома (VI)- хроматы СrO₄^2- (желтого цвета) в щелочной среде или дихроматы  Cr₂O₇^2- (оранжевого цвета) в кислой среде.
• Гидроксиды щелочных металлов образуют серо-голубой осадок Сr(OH)₃, проявляющий амфотерные свойства - растворяется в растворах кислот и в избытке щелочей и NH₄OH.

• Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль) образует темно-синий осадок берлинской лазури; чувствительность реакции 0,05 μг Fe³⁺, предельное разбавление 1*10⁶

4K₄[Fe(CN)₆] + 4Fe³⁺ = 12К⁺ + 4КFeIII[FeII(CN)₆]   (а)

• Гидроксиды щелочных металлов и NH₄OH образуют гидроксид железа (III)  красно-бурого цвета, растворимый в кислотах и нерастворимый в избытке щелочей (отличие от гидроксидов алюминия и хрома). Открываемый минимум - 10 μг железа; предельное разбавление 1:1,6*10⁵.

Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃

• Роданид калия или аммония вызывает кроваво-красное окрашивание раствора

FeCl₃ + 3NH₄SCN « 3NH₄Cl + Fe(SCN)₃

Открываемый минимум - 0,25 μг, предельное разбавление – 1:2*10⁵

• Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль) образует темно-синий осадок турнбулевой сини; чувствительность реакции 0,1 μг железа, предельное разбавление 1:5*10⁷

3K₃[Fe(CN)₆] + 3Fe²⁺ = 3KFeII[FeIII(CN)₆] + 6K⁺   (б)

Недавно было установлено, что берлинская лазурь и турнбулева синь – это одно и то же вещество, т.к. комплексы, образующиеся в реакциях (а) и (б)  находятся  между собой  в равновесии:

KFeIII[FeII(CN)₆] « KFeII[FeIII(CN)₆]

• Гидроксиды щелочных металлов образуют белый амфотерный осадок  Zn(OH)₂, который растворим в NH₄OH c образованием комплексных соединений:

Zn2⁺ + 2OH^-= Zn(OH)₂        Zn(OH)₂ + 4NH₃= [Zn(NH₃)₄](OH)₂

При прокаливании гидроксида цинка с соединениями кобальта образуется  окрашенная в зеленый цвет масса - “ринманова зелень”, представляющая собой цинкат кобальта СоZnO₂.

• H₂S при рН = 2,2 дает белый осадок ZnS

• Гидроксид натрия образует бледно-зеленый студенистый осадок Ni(OH)₂; открываемый минимум - 300 μг никеля, предельное разбавление 1:3*10⁵. Осадок растворим в кислотах и в NH₄OH и нерастворим в избытке щелочи.
• Сероводород не осаждает NiS из сильнокислых растворов; черный осадок сульфида никеля образуется только при рН 4 – 5.
• Диметилглиоксим (реактив Чугаева) образует красно-фиолетовый осадок; открываемый минимум - 0,5 μг никеля, предельное разбавление 1:1*10⁶    

• Соляная кислота дает белый творожистый осадок, раствориымй в аммиаке, при подкислении HNO3 аммиачного раствора снова выпадает белый осадок; чувствительность реакции - 0,01 μг Ag⁺, предельное разбавление 1*10⁵.

Ag⁺ + Cl^-=AgCl

AgCl + 2NH₄OH = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H₂O

[Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H+ = AgCl + 2NH₄+

• Сероводород осаждает черный сульфид серебра; открываемый минимум - 1 μг серебра, предельное разбавление 1:5*10⁶

• Растворы солей Сu²⁺ окрашены в голубой цвет; Cu²⁺ окрашивает пламя в зеленый цвет.
• Сероводород образует черный осадок сульфида меди CuS; открываемый минимум - 1 μг меди, предельное разбавление 1:5*10⁶ Осадок нерастворим в соляной и серной кислотах, но растворяется в горячей конц. НNO₃.
• Гидроксиды щелочных металлов осаждают  голубой  осадок  Сu(OH)₂, который при нагревании дегидратируется и превращается в черный осадок оксида меди CuO:

Cu²⁺ + 2OH^-= Cu(OH)₂       Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Открываемый минимум - 80 μг меди, предельное разбавление 1:5*10⁴

Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH^-